KHAÛO SAÙT – TÍNH TOAÙN NHIEÄT ÑOÄNG CÔ …thinguyen/My Web Sites/Aircraft_E… · Web view2009-01-19 · Ñoäng cô GE90–115B cuûa haõng GE (Cruise – M = 0

Chöông 2: Giôùi Thieäu Ñoäng Cô Turbofan – Ñoäng Cô PW4084D

Chöông 2GIÔÙI THIEÄU ÑOÄNG CÔ TURBOFAN

– ÑOÄNG CÔ PW4084D –

2.1. Ñoäng cô turbofanHeä thoáng ñoäng cô vaø löïc ñaåy coù nhieäm vuï ñöa maùy bay

vöôït qua löïc caûn cuûa khoâng khí taùc duïng vaøo beà maët maùy bay khi bay baèng thöôøng ñeàu, caû löïc quaùn tính cuûa maùy bay khi bay taêng toác, vaø caû moät phaàn troïng löôïng cuûa maùy bay khi bay leân doác.

Naêng löôïng ñoát chaùy nhieân lieäu trong ñoäng cô ñöôïc bieán ñoåi ñeå cung caáp ñoäng naêng cho doøng khoâng khí ñi qua heä thoáng, laøm gia taêng vaän toác cuûa khoái löôïng khoâng khí naøy vaø taïo ra löïc ñaåy.

Heä thoáng ñoäng cô vaø löïc ñaåy ñaàu tieân laø heä thoáng ñoäng cô piston vaø chong choùng. Heä thoáng ñoäng cô vaø löïc ñaåy naøy thích hôïp cho nhöõng maùy bay thôøi kì ban ñaàu vôùi vaän toác thaáp. Coâng suaát ñoäng cô piston caøng lôùn caøng laøm taêng toác ñoä maùy bay, nhöng do ñaëc tính cuûa chong choùng maø toác ñoä naøy chæ giôùi haïn ôû khoaûng 750 km/giôø. Hôn nöõa, moät ñoäng cô piston coâng suaát quaù lôùn thì khoâng coøn phuø hôïp ñeå söû duïng cho maùy bay. Ñoäng cô phaûn löïc ra ñôøi, töø ñoäng cô turbojet thuaàn tuùy nhöõng naêm 1940 ñeán ñoäng cô turbofan, turboprop nhöõng naêm 1950, 1960, ñaõ mau choùng chöùng toû khaû naêng öu vieät ôû caû toác ñoä bay laãn löïc ñaåy vaø ñöôïc söû duïng roäng raõi trong ngaønh haøng khoâng ngaøy nay.

Ñoäng cô turbine maùy quaït – turbofan – laø moät daïng söûa ñoåi cuûa ñoäng cô turbojet, trong ñoù moät phaàn naêng löôïng taïo ra töø ñoäng cô ñöôïc söû duïng ñeå quay moät maùy quaït (fan) hoaït ñoäng trong oáng bao quanh ñoäng cô. Phaàn lôùn doøng khí ñi qua ñoäng cô turbofan chuyeån ñoäng qua caùnh quaït vaø voøng phía ngoaøi


(bypass) phaàn loõi ñoäng cô, laøm gia taêng vaän toác doøng khí ñeå cung caáp löïc ñaåy.

Öu ñieåm cuûa loaïi ñoäng cô naøy laø taïo löïc ñaåy lôùn vôùi hieäu suaát cao, hôn nöõa, vaän toác doøng khí thoaùt bò giaûm, seõ laøm giaûm maát maùt nhieät vaø giaûm tieáng oàn. So vôùi ñoäng cô turbojet, ñoäng cô turbofan hoaït ñoäng ôû vaän toác nhoû hôn (soá Mach khoâng vöôït 1), nhöng buø laïi ñoäng cô taïo ra löïc ñaåy lôùn hôn vôùi hieäu suaát cao hôn neân thích hôïp cho muïc ñích vaän taûi khoái löôïng lôùn maø khoâng caàn vaän toác quaù lôùn. Ñoäng cô turbofan ñöôïc söû duïng trong haàu heát caùc maùy bay vaän taûi quaân söï vaø thöông maïi ngaøy nay.

Hình 2.1: Heä thoáng ñoäng cô vaø löïc ñaåy phaûn löïc


Hình 2.2: Ñoäng cô turbofan daïng ba guoàng

Hình 2.3: Söï thay ñoåi tính chaát doøng khí qua ñoäng cô turbofan

2.1.1. Caùc boä phaän chính cuûa ñoäng cô turbofanMoät ñoäng cô turbofan bao goàm mieäng huùt ñeå huùt khoâng

khí töø moâi tröôøng vaøo, maùy neùn vaø fan ñeå neùn doøng khí, buoàng ñoát ñeå cung caáp naêng löôïng cho doøng khí, turbine ñeå quay maùy neùn vaø oáng xaû ñeå xaû doøng khí trôû ra moâi tröôøng.


a. Mieäng huùtMieäng huùt ñoäng cô ñöôïc xem laø moät phaàn cuûa voû ñoäng

cô, tuy nhieân noù ñoùng moät vai troø raát quan troïng ñoái vôùi hoaït ñoäng cuûa toaøn theå ñoäng cô. Mieäng huùt coù chöùc naêng laøm giaûm vaän toác, taêng aùp suaát doøng khí tröôùc khi ñi vaøo maùy neùn. Ñeå maùy neùn hoaït ñoäng coù hieäu suaát cao thì doøng khí qua mieäng huùt vaøo maùy neùn phaûi ñeàu, khoâng bò xaùo ñoäng, do ñoù beà maët trong cuûa mieäng huùt phaûi trôn, khoâng ñeå bò aên moøn, traày xöôùc.

Hình 2.4: Mieäng huùt ñoäng cô döôùi aâmb. Maùy neùn – fanMaùy neùn coù chöùc naêng neùn doøng khí qua ñoäng cô ñeán

moät aùp suaát nhaát ñònh. Coù hai loaïi maùy neùn: maùy neùn höôùng truïc vaø maùy neùn ly taâm, ñoäng cô turbofan söû duïng maùy neùn höôùng truïc, neân ôû ñaây xem xeùt hoaït ñoäng cuûa maùy neùn höôùng truïc. Baûn chaát cuûa fan laø moät maùy neùn neân nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa noù cuõng töông töï nhö maùy neùn.


Hình 2.5: Caùc loaïi laù caùnh cuûa fan

Hình 2.6: Maùy neùn höôùng truïcMaùy neùn höôùng truïc laø moät heä thoáng ñöôïc caáu taïo bôûi

nhieàu taàng neùn noái tieáp nhau, moãi taàng neùn goàm moät boä caùc laù caùnh ñoäng (blade) vaø moät boä caùc laù caùnh tónh (vane), ngoaøi ra ôû ñaàu vaøo cuûa maùy neùn coøn coù moät boä caùc laù caùnh tónh höôùng doøng (inlet guide vane). Khoâng khí löu chuyeån qua heä thoáng theo phöông song song vôùi truïc quay daãn ñoäng caùc taàng caùnh ñoäng. Moät heä thoáng maùy neùn höôùng truïc coù theå laø moät, hai hoaëc ba guoàng (spool) maùy neùn, caùc guoàng maùy neùn khaùc nhau trong heä thoáng seõ coù toác ñoä quay khaùc nhau.

Ñeå coù theå hình dung ñöôïc söï thay ñoåi höôùng, aùp suaát vaø vaän toác cuûa doøng khí khi qua caùc taàng cuûa maùy neùn höôùng truïc ta coù theå phaân tích theo sô ñoà vectô hình 2.7.

Khoâng khí vaøo maùy neùn coù vaän toác qua heä thoáng caùc laù caùnh tónh höôùng doøng seõ ñöôïc ñònh höôùng cho phuø hôïp vôùi caùc laù ñoäng cuûa taàng moät.

Doøng khí ra khoûi heä thoáng chænh höôùng seõ gaëp caùc laù ñoäng cuûa taàng moät, do taùc duïng cuûa vaän toác quay maø vaän toác töông ñoái cuûa doøng khí ñeán laù ñoäng cuûa taàng moät laø , phaàn tieát dieän löu thoâng cuûa doøng khí qua hai laù caùnh ñoäng keà nhau taêng daàn neân khi qua ñaây vaän toác töông ñoái cuûa doøng khí seõ bò giaûm vaø aùp suaát tónh taêng leân.


Doøng khí ra khoûi caùc laù caùnh ñoäng cuûa taàng moät ñöôïc bieåu dieãn baèng vectô , vaän toác tuyeät ñoái cuûa doøng khí ñi vaøo caùc laù tónh cuûa taàng moät laø . Khoaûng caùch giöõa hai laù tónh cuõng taïo ra tieát dieän löu thoâng taêng daàn vaø nhö theá doøng khí qua ñaây cuõng bò giaûm vaän toác vaø taêng aùp suaát tónh. Sau ñoù quaù trình laøm giaûm vaän toác vaø taêng aùp suaát tónh cuûa doøng khí tieáp tuïc dieãn ra ôû caùc taàng tieáp theo vôùi cuøng moät cô cheá.

Moät maùy neùn höôùng truïc nhieàu taàng ñöôïc thieát keá ôû moät cheá ñoä nhaát ñònh (löu löôïng, tyû soá aùp suaát vaø vaän toác quay). Tyû soá neùn cuûa moãi taàng neùn khaù thaáp, khoaûng 1.1 – 1.2, tuy nhieân do soá taàng neùn nhieàu neân maùy neùn höôùng truïc coù khaû naêng neùn moät löôïng lôùn khoâng khí ñeán aùp suaát khaù cao. Tyû soá neùn toái ña cuûa caû heä thoáng maùy neùn ñoäng cô turbofan hieän nay laø khoaûng 45.

Hình 2.7: Ñöôøng ñaëc tính cuûa maùy neùn


Hình 2.8: Sô ñoà vector vaän toác vaø söï gia taêng aùp suaát doøng khí qua maùy neùn höôùng truïc

Hieän töôïng “surge” ôû maùy neùnTrong hoaït ñoäng cuûa ñoäng cuûa ñoäng cô turbofan, vaán ñeà

caàn quan taâm ôû maùy neùn laø hieän töôïng “surge”. Hieän töôïng “surge” laø hieän töôïng baát oån ñònh cuûa maùy

neùn gaây ra do söï baát oån ñònh cuûa doøng khí qua maùy neùn. Coù nhieàu nguyeân nhaân gaây ra söï baát oån ñònh cuûa doøng khí qua maùy neùn: hieän töôïng stall cuûa caùc laù ñoäng, söï gia taêng coâng suaát ñoäng cô ñoät ngoät (taêng löïc ñaåy, taêng löôïng nhieân lieäu vaøo ñoäng cô, ñoøi hoûi taêng soá voøng quay, taêng löu


löôïng), doøng khí tröôùc khi vaøo ñoäng cô bò xaùo ñoäng, caùc hoûng hoùc cuûa caùc laù caùnh ñoäng, laù caùnh tónh,…

Doøng khí qua maùy theo chieàu taêng aùp suaát, laø chieàu höôùng deã gaây ra söï baát oån ñònh, ñieàu naøy giaûi thích taïi sao tyû soá neùn cuûa moät taàng neùn laø khaù thaáp. Neáu nhö doøng laø ñeàu, khoâng bò xaùo ñoäng thì quaù trình neùn qua caùc taàng neùn dieãn ra deã daøng, nhöng do caùc taàng neùn laø lieân tuïc vôùi nhau theo chieàu taêng aùp suaát, baát kì söï baát oån ñònh naøo cuûa moät taàng neùn cuõng seõ aûnh höôûng ñeán caùc taàng neùn phía sau noù. Do caùc taàng sau coù aùp suaát cao hôn neân doøng khí thöôøng bò doàn laïi (piling up) hay bò ngheõn (choking) vaø cuõng coù khaû naêng chuyeån ñoäng ngöôïc laïi.

Hieän töôïng “surge” laøm maùy neùn giaûm coâng suaát, dao ñoäng maïnh, tröôøng hôïp nguy hieåm laø khí chaùy töø buoàng ñoát coù aùp suaát cao chuyeån ñoäng ngöôïc trôû laïi gaây noå maùy neùn.

Hieän töôïng “surge” do hieän töôïng stall ôû caùc taàng neùnBieân daïng laù ñoäng cuûa maùy neùn töông töï nhö bieân daïng

cuûa caùnh maùy bay, vì theá hieän töôïng stall xaûy ra ôû caùnh maùy bay cuõng xaûy ra ñoái vôùi caùc laù ñoäng cuûa maùy neùn. Hieän töôïng stall xaûy ra khi vaän toác töông ñoái cuûa doøng khí vaøo laù ñoäng nhoû hôn moät giaù trò vaän toác giôùi haïn Vstall, hoaëc goùc tôùi – goùc giöõa phöông vaän toác töông ñoái vaøo laù ñoäng vaø ñöôøng daây cung cuûa laù ñoäng (chordline) – vöôït quaù giaù trò giôùi haïn (quaù lôùn – positive incidence stall hoaëc quaù nhoû – negative incidence stall). Nhö vaäy, phöông vaø ñoä lôùn cuûa vaän toác töông ñoái vaøo laù ñoäng, hay phöông vaø ñoä lôùn cuûa vaän toác tuyeät ñoái vaøo laù ñoäng vaø vaän toác quay seõ quyeát ñònh giôùi haïn xaûy ra hieän töôïng stall. Baát kì söï baát caân ñoái naøo giöõa hai thaønh phaàn vaän toác tuyeät ñoái vaøo vaø vaän toác quay neáu vöôït quaù giôùi haïn seõ gaây ra hieän töôïng stall. Hieän


töôïng stall chæ ñöôïc nhaän bieát khi noù xaûy ra ôû nhieàu taàng cuûa maùy neùn, gaây ra hieän töôïng “surge” cho caû maùy neùn. Hieän töôïng stall thöôøng xaûy ra khi ñoäng cô khôûi ñoäng, taêng toác, giaûm toác, hoaït ñoäng ôû cao ñoä lôùn,… Hieän töôïng “surge” do söï taêng coâng suaát ñoäng cô

ñoät ngoätKhi gia taêng löôïng nhieân lieäu thì ñoøi hoûi söï gia taêng soá

voøng quay vaø aùp suaát. Tuy nhieân, neáu gia taêng löôïng nhieân lieäu ñoät ngoät, do quaùn tính maø soá voøng quay khoâng theå thay ñoåi ñoät ngoät ñeå ñaùp öùng ñieàu kieän môùi, coù nghóa laø caùc taàng maùy neùn khoâng taïo ra ñöôïc söï gia taêng aùp suaát caàn thieát, ñieåm laøm vieäc deã daøng rôi vaøo vuøng “surge”.

Caùc caùch phoøng choáng hieän töôïng “surge” ôû maùy neùn:- Söû duïng caùc laù höôùng doøng vaøo (variable inlet guide vane)

vaø laù tónh coù theå ñieàu chænh ñöôïc (variable stator vane) ôû caùc taàng ñaàu cuûa maùy neùn: ñieàu chænh goùc vaø ñoä lôùn cuûa vaän toác tuyeät ñoái ra cuûa laù tónh hay vaän toác tuyeät ñoái vaøo cuûa laù ñoäng tuøy theo vaän toác quay khi ñoäng cô khôûi ñoäng, taêng toác, vaø hoaït ñoäng ôû cheá ñoä moät phaàn coâng suaát.

- Trích khí ôû taàng giöõa cuûa maùy neùn khi hoaït ñoäng ôû cao ñoä lôùn (löïc ñaåy nhoû).c. Buoàng ñoát Khoâng khí sau khi qua maùy neùn cao aùp tieáp tuïc ñi qua oáng

taêng aùp (diffuser) ñeå tieáp tuïc taêng aùp suaát leân giaù trò lôùn nhaát tröôùc khi vaøo buoàng ñoát.

Buoàng ñoát laø nôi nhieân lieäu vaø khoâng khí ñöôïc hoøa troän vaø ñoát chaùy. Moät buoàng ñoát ñieån hình bao goàm voû boïc beân ngoaøi vôùi oáng ñoát beân trong ñöôïc ñuïc loã. Heä thoáng phun nhieân lieäu ño löôïng nhieân lieäu thích hôïp caàn thieát vaø phun nhieân lieäu vaøo buoàng ñoát döôùi daïng taùn nhoû.


Nhieân lieäu ñöôïc ñaùnh löûa ñeå ñoát chaùy, thoâng thöôøng söû duïng heä thoáng ñaùnh löûa baèng tuï ñieän coù naêng löôïng cao, taïo ra khoaûng 60 – 100 tia löûa ñieän trong moät phuùt. Ngoaøi ra caàn moät heä thoáng tieâu thoaùt nhieân lieäu khoâng ñöôïc ñoát chaùy heát.

Hình 2.9: Söï phaân boá khí trong buoàng ñoát

Hình 2.10: Söï chaùy trong buoàng ñoátYeâu caàu cuûa moät heä thoáng buoàng ñoát laø hoøa troän

nhieân lieäu vaø khoâng khí ôû moät tyû leä thích hôïp, ñoát ñöôïc toái ña hoãn hôïp nhieân lieäu-khoâng khí, laøm maùt khí noùng xuoáng


nhieät ñoä maø caùc laù caùnh turbine coù theå chòu ñöôïc, vaø phaân phoái moät caùch ñoàng ñeàu khí noùng ñeán turbine.

20% khí töø oáng taêng aùp coù vaän toác khaù cao ñi thaúng vaøo oáng ñoát, qua caùc van taïo xoaùy (swirl vane) taïo thaønh doøng khí xoaùy, 20% khí xuyeân qua thaønh oáng ñoát vaøo vuøng chaùy (primary zone) töông taùc vôùi doøng khí xoaùy taïo thaønh moät vuøng tuaàn hoaøn vaän toác thaáp (low velocity recirculation) coù taùc duïng giöõ oån ñònh ngoïn löûa. Taùc duïng cuûa vieäc taïo xoaùy laø giuùp vieäc hoøa troän nhieân lieäu coù hieäu quaû ñoàng thôøi laøm cho vaän toác doïc truïc cuûa doøng khí giaûm ñaùng keå ñeå söï chaùy coù theå xaûy ra.

40% khí qua caùc loã cuûa vuøng giaûm nhieät (dilution air hole) vaøo oáng ñoát ñeå laøm maùt oáng ñoát baèng caùch taïo ra moät maøng khí coù nhieät ñoä thaáp chuyeån ñoäng bao quanh thaønh trong oáng ñoát, ngaên caùch ngoïn löûa vaø thaønh oáng ñoát. Phaàn khí coøn laïi khoaûng 20% duøng laøm maùt doøng khí noùng tröôùc khi doøng khí ra khoûi buoàng ñoát vaøo turbine. Phaàn sau cuûa buoàng ñoát coù tieát dieän co heïp daàn laøm taêng vaän toác cuûa doøng khí, thoâng thöôøng doøng khí ra khoûi buoàng ñoát vaøo turbine coù soá Mach = 1.

Coù 3 kieåu buoàng ñoát ñieån hình: buoàng ñoát nhieàu oáng ñoát (multiple-can), buoàng ñoát daïng voøng (annular), vaø daïng keát hôïp giöõa hai daïng naøy.


Hình 2.11: Buoàng ñoát daïng multiple-can

Hình 2.12: Buoàng ñoát daïng annular


d. TurbineTurbine laáy moät phaàn ñoäng naêng cuûa khí giaõn nôû töø

buoàng ñoát. Ñoäng naêng naøy chuyeån ñoåi thaønh naêng löôïng quay maùy neùn. Naêng löôïng naøy khoaûng ¾ naêng löôïng khí chaùy cuûa buoàng ñoát.

Turbine höôùng truïc (axial-flow turbine) bao goàm hai phaàn: boä caùc laù caùnh ñoäng gaén vaøo truïc quay vaø boä caùc laù caùnh tónh gaén vaøo khung tónh. Gioáng nhö maùy neùn höôùng truïc, turbine höôùng truïc cuõng coù nhieàu taàng, nhöng soá taàng ít hôn, bôûi vì doøng khí chuyeån ñoäng qua turbine theo chieàu giaûm aùp xuaát. Turbine höôùng truïc coù hai daïng cô baûn: turbine xung löïc vaø turbine phaûn löïc.

Hình 2.13 : Tubine höôùng truïc Turbine xung löïc Taàng laù caùnh tónh: coù caáu taïo phaàn tieát dieän löu thoâng

giöõa hai laù caùnh giaûm daàn nhaèm muïc ñích chuyeån ñoåi aùp naêng cuûa doøng khí töø buoàng ñoát thaønh ñoäng naêng. Ngoaøi ra taàng laù caùnh tónh coøn coù taùc duïng ñònh höôùng doøng khí sao cho chuùng vaøo caùc laù caùnh ñoäng ôû moät goùc tôùi thích hôïp.

Taàng laù caùnh ñoäng: laù turbine kieåu xung löïc coù tieát dieän löu thoâng giöõa hai laù caùnh khoâng thay ñoåi, nghóa laø vaän toác töông ñoái doøng khí vaøo vaø ra khoûi caùc laù naøy khoâng bò thay ñoåi ñoä lôùn nhöng höôùng ñi cuûa doøng khí bò thay ñoåi. Chính söï ñoåi höôùng cuûa vaän toác laø nguyeân nhaân gaây ra xung löïc taùc duïng laøm turbine quay.


Turbine phaûn löïcSo vôùi turbine xung löïc thì caùc laù caùnh ñoäng cuûa turbine

phaûn löïc ñöôïc thieát keá sao cho phaàn tieát dieän löu thoâng giöõa hai laù caùnh laø giaûm daàn. Vôùi caáu taïo nhö vaäy vaän toác töông ñoái cuûa doøng khí ñi qua laù caùnh ñoäng cuûa turbine taêng leân. Veà phöông dieän löïc do doøng khí taùc ñoäng leân caùnh ñoäng turbine, ngoaøi taùc duïng xung löïc, caùnh turbine coøn nhaän moät phaûn löïc do söï cheânh leäch aùp suaát giöõa maët treân vaø maët döôùi cuûa laù caùnh.

Hình 2.14: Doøng khí qua turbine daïng xung löïc ôû goác laù caùnh vaø daïng phaûn löïc ôû muõi laù caùnh

Vaän toác quay U taêng daàn theo vò trí baùn kính, ñeå phaân boá taûi ñoàng ñeàu treân laù caùnh turbine ngöôøi ta thieát keá laù caùnh coù daïng xung löïc ôû phaàn goác vaø daïng phaûn löïc ôû phaàn muõi. Thieát keá naøy taïo ra söï giaûm ñoàng ñeàu vaän toác vaø aùp suaát treân toaøn boä chieàu daøi laù caùnh.


Khí thoaùt ra töø buoàng ñoát coù nhieät ñoä raát cao neân, cuøng vôùi vieäc caûi tieán vaät lieäu cheá taïo, vieäc laøm maùt baèng khí laáy töø maùy neùn aûnh höôûng raát lôùn ñeán hieäu suaát laøm vieäc cuûa turbine. Caùc nhaø cheá taïo coá gaéng naâng cao khaû naêng chòu nhieät cuûa turbnine baèng vieäc caûi tieán vaät lieäu. Vôùi trình ñoä coâng ngheä hieän nay, nhieät ñoä giôùi haïn maø turbine coù theå chòu ñöôïc laø khoaûng 1500 0C.

e. OÁng xaû

Hình 2.15: OÁng xaûCoâng duïng cuûa oáng xaû laø taäp trung, laøm thaúng, vaø

ñoàng thôøi taêng vaän toác doøng khí tröôùc khi ra khoûi oáng xaû. Ñoäng cô phaûn löïc chuyeån ñoåi noäi naêng cuûa nhieân lieäu thaønh ñoäng naêng cuûa doøng khí xaû, muoán taïo ra löïc ñaåy lôùn thì ñoäng naêng naøy phaûi lôùn, töùc laø vaän toác doøng khí xaû phaûi lôùn.

Heä thoáng oáng xaû goàm 3 phaàn chính noái tieáp nhau laø: exhaust cone, exhaust duct, exhaust nozzle.

Exhaust cone naèm ngay sau turbine, bao goàm phaàn oáng bao boïc (outer duct), oáp hình cone (inner cone/tail cone) vaø caùc thanh choáng noái oáp hình cone vaø oáng bao boïc. Muïc ñích cuûa oáp hình cone laø taäp trung vaø höôùng doøng khí töø turbine thaønh moät


doøng duy nhaát. Vaän toác doøng khí ra khoûi turbine khaù lôùn (750 – 1250 ft/s), vaän toác lôùn naøy gaây ra toån thaát ma saùt. Tieát dieän taêng daàn cuûa phaàn exhaust cone phaàn naøo laøm giaûm vaän toác vaø taêng aùp suaát cuûa doøng khí, vì theá laøm giaûm toån thaát ma saùt. Caùc thanh choáng noái oáp hình cone vaø oáng bao boïc coøn coù taùc duïng laøm thaúng doøng khí bò xoaùy thoaùt ra töø turbine.

Exhaust duct laø thaønh phaàn trung gian noái giöõa exhaust cone vaø exhaust nozzle. Exhaust duct chæ ñöôïc söû duïng cho caùc ñoäng cô gaén vaøo thaân maùy bay ñeå baûo veä phaàn khung maùy bay. Nhö ñaõ noùi ôû treân, vaän toác khí thoaùt lôùn seõ gaây ra toån thaát ma saùt lôùn treân ñöôøng oáng, laøm giaûm vaän toác doøng khí vaø daãn tôùi giaûm löïc ñaåy. Do ñoù caùc ñoäng cô ñöôïc gaén trong voû boïc thì khoâng söû duïng exhaust duct.

Exhaust nozzle naèm ôû phaàn cuoái cuøng cuûa heä thoáng oáng xaû, boä phaän naøy coù taùc duïng giaõn nôû taêng toác doøng khí tôùi giaù trò lôùn nhaát tröôùc khí thoaùt ra ngoaøi moâi tröôøng. Coù hai daïng exhaust nozzle laø: oáng xaû hoäi tuï vaø oáng xaû hoäi tuï–phaân kì. OÁng xaû hoäi tuï ñöôïc söû duïng khi tyû soá aùp suaát cuûa oáng

xaû – tyû leä giöõa aùp suaát döøng cuûa oáng xaû vaø aùp suaát tónh cuûa moâi tröôøng – nhoû , oáng xaû loaïi naøy duøng cho caùc ñoäng cô maùy bay döôùi aâm. (TLTK 2, trang 109).

OÁng xaû hoäi tuï–phaân kyø ñöôïc söû duïng khi tyû soá aùp suaát cuûa oáng xaû cao , oáng xaû loaïi naøy duøng cho caùc ñoäng cô maùy bay vöôït aâm.

2.1.2. Caùc thoâng soá hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô turbofanVôùi moät ñoäng cô phaûn löïc noùi chung caàn quan taâm ñeán

löïc ñaåy do noù taïo ra, möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng vaø hieäu suaát.


Löïc ñaåy chuû yeáu ñöôïc taïo ra do söï gia taêng ñoäng löôïng, ngoaøi ra coøn phaàn löïc ñaåy aùp suaát do söï cheânh giöõa aùp suaát khí thoaùt vaø aùp suaát moâi tröôøng.

laø löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua phaàn loõi vaø phaàn fan cuûa ñoäng cô

laø vaän toác doøng khí ñi vaøo ñoäng cô, cuõng laø vaän toác bay cuûa maùy bay

laø vaän toác doøng khí ra khoûi phaàn loõi vaø phaàn fan cuûa ñoäng cô

laø aùp suaát khí thoaùt cuûa phaàn loõi, phaàn fan, vaø moâi tröôøng

laø dieän tích maët thoaùt cuûa phaàn loõi vaø phaàn fan Hieäu suaát

Hieäu suaát ñaåy cuûa ñoäng cô ñaùnh giaù möùc ñoä coâng suaát ñaåy höõu duïng ñöôïc taïo ra töø söï gia taêng ñoäng naêng

cuûa doøng khí qua ñoäng cô.

Hieäu suaát nhieät cuûa ñoäng cô ñaùnh giaù möùc ñoä gia taêng ñoäng naêng cuûa doøng khí qua ñoäng cô so vôùi löôïng nhieät naêng doøng khí nhaän vaøo.

laø löu löôïng khoái löôïng nhieân lieäu vaøo ñoäng cô laø nhieät trò cuûa moät ñôn vò khoái löôïng nhieân lieäu


Hieäu suaát nhieät cuûa ñoäng cô phuï thuoäc vaøo tyû soá neùn cuûa maùy neùn, coøn hieäu suaát ñaåy cuûa ñoäng cô phuï thuoäc vaøo tyû soá bypass – tyû soá giöõa löu löôïng doøng khí ñi qua phaàn fan vaø löu löôïng doøng khí ñi qua phaàn loõi cuûa ñoäng cô.

Hieäu suaát toaøn theå ñaùnh giaù möùc ñoä coâng suaát ñaåy höõu duïng ñöôïc taïo ra töø löôïng nhieät naêng maø doøng khí nhaän vaøo. Vieäc cheá taïo ñöôïc caùc maùy neùn höôùng truïc coù tyû soá neùn ngaøy caøng cao vaø vieäc gia taêng tyû soá bypass laøm gia taêng hieäu suaát toaøn theå cuûa ñoäng cô turbofan.

Möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng goïi laø möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng (specific fuel

consumption), töùc laø löôïng nhieân lieäu tieâu hao trong moät ñôn vò thôøi gian cho moät ñôn vò löïc ñaåy.

ÔÛ moät cao ñoä nhaát ñònh, SFC taêng khi vaän toác bay taêng leân, giaù trò SFC caøng nhoû thì maùy bay caøng ôû ñöôïc laâu trong khoâng khí; nhöng ñoái vôùi caùc maùy bay thöông maïi thì muïc tieâu laø “best specific range”, coù nghóa laø quaõng ñöôøng bay ñöôïc lôùn nhaát treân moät ñôn vò khoái löôïng nhieân lieäu, vaø noùi chung laø ñieàu ñoù ñaït ñöôïc ôû toác ñoä bay lôùn hôn toác ñoä bay cho giaù trò SFC nhoû nhaát.

2.2. Ñoäng cô PW4084DHoï ñoäng cô PW4000 do taäp ñoaøn ñoäng cô Pratt & Whitney

saûn xuaát, laø loaïi ñoäng cô turbofan coù tyû soá bypass cao, hai guoàng vaø ñöôïc söû duïng cho caùc maùy bay thaân roäng. Hoï ñoäng cô naøy cung caáp löïc ñaåy trong khoaûng 50000 – 98000 lb.

Kieåu ñoäng cô ñöôøng kính fan 94 inch ñöôïc söû duïng cho maùy bay Airbus A310/A300, Boeing 767/747, vaø Boeing MD11. Kieåu ñoäng cô löïc ñaåy cao (high thrust) ñöôøng kính fan 100 inch ñöôïc söû duïng cho maùy bay Airbus A300. Kieåu ñoäng cô löïc ñaåy cöïc cao (ultra-


high thrust) ñöôøng kính fan 112 inch ñöôïc söû duïng cho maùy bay Boeing 777 hai ñoäng cô.

Ñoäng cô PW4084D thuoäc kieåu ñoäng cô 112” fan, hieän taïi ñöôïc söû duïng cho caùc maùy bay Boeing 777 cuûa Toång Coâng Ty Haøng Khoâng Vieät Nam.

Hình 2.16: Ñoäng cô PW4084D

Hình 2.17: Ñoäng cô ñaët trong voû ñoäng cô


Hình 2.18: Caùc boä phaän cuûa ñoäng cô PW4084DMaùy neùn thaáp aùp coù 7 taàng, taàng thöù nhaát laø fan, saùu

taàng coøn laïi ñöôïc ñaùnh soá laø 1.1, 1.3, 1.6, 2, 3, vaø 4. Caùc laù caùnh cuûa fan neùn khoâng khí ñi vaøo phaàn fan vaø phaàn loõi cuûa ñoäng cô. Fan cuûa ñoäng cô 112” fan coù 22 laù caùnh loaïi chord lôùn. Laù coù caáu truùc daïng roãng, ñöôïc cheá taïo baèng titanium. Caùc laù caùnh cuûa fan ñöôïc gaén vaøo moyeu tröôùc cuûa maùy neùn thaáp aùp, caùc laù naøy coù theå thay theá rieâng leû khi ñoäng cô gaén treân maùy bay.

OÁp chænh doøng hình cone ñöôïc cheá taïo baèng vaät lieäu composite, ñöôïc gaén vaøo phía tröôùc cuûa moyeu tröôùc cuûa maùy neùn thaáp aùp. OÁp chænh doøng coù hình daïng khí ñoäng taïo doøng khí eâm khi ñi vaøo ñoäng cô.

Maùy neùn cao aùp coù 11 taàng, ñöôïc ñaùnh soá töø 5 ñeán 15, trong ñoù van höôùng doøng vaø van tónh cuûa taàng 5, 6, 7 coù theå ñöôïc ñieàu chænh nhôø heä thoáng ñieàu khieån ñieän töû cuûa


ñoäng cô (full authority digital engine control – FADEC). Goùc ñaët caùnh cuûa caùc van tónh naøy ñöôïc ñieàu khieån töï ñoäng ñaûm baûo doøng khí qua van tónh vaøo laù ñoäng khoâng gaây ra hieän töôïng stall khi hoaït ñoäng ôû cheá ñoä khôûi ñoäng, cheá ñoä taêng toác hay cheá ñoä moät phaàn coâng suaát. Khí trích ra töø taàng thöù 8 ñöôïc duøng ñeå ñieàu aùp cho maùy bay; khí trích töø taàng thöù 9 ñeå laøm maùt rotor, ñieàu aùp daàu boâi trôn oå ñôõ soá 1.5 vaø choáng surge khi khôûi ñoäng ñoäng cô; khí trích töø taàng 12 duøng ñeå ñieàu aùp daàu boâi trôn oå ñôõ soá 3 vaø laøm maùt taàng thöù 2 cuûa turbine cao aùp; khí trích töø taàng 15 ñeå caân baèng taûi ñaåy (thrust load) ôû oå ñôõ soá 2, caûm bieán doøng khí trong maùy neùn cao aùp, söû duïng cho maùy bay, ñieàu aùp daàu boâi trôn oå ñôõ soá 3, vaø laøm maùt moät phaàn turbine.

Hình 2.19: Maët caét cuûa buoàng ñoátKhoâng khí ra khoûi maùy neùn cao aùp ñi vaøo oáng taêng aùp

ñeå tieáp tuïc taêng aùp tröôùc khi vaøo buoàng ñoát. Buoàng ñoát daïng voøng coù 24 oáng phun nhieân lieäu, söï chaùy xaûy ra ôû phaàn ñaàu vaø giöõa cuûa buoàng ñoát. Turbine cao aùp coù 2 taàng, quay maùy neùn cao aùp, turbine thaáp aùp coù 7 taàng, quay maùy neùn thaáp aùp. Turbine cao aùp vaø thaáp aùp ñöôïc laøm maùt baèng khí trích ra töø maùy neùn cao aùp.


Phaàn khung phía sau turbine (turbine exhaust case) taïo thaønh moät oáng chuyeån töø doøng phaân kyø qua turbine thaønh doøng hoäi tuï qua oáng xaû.

Caùc oå ñôõ cuûa truïc ñoäng cô Truïc N1 laø truïc thaáp aùp noái maùy neùn thaáp aùp vaø turbine

thaáp aùp, truïc N2 laø truïc cao aùp noái maùy neùn cao aùp vaø turbine cao aùp. Coù 5 oå ñôõ giöõ truïc N1 vaø N2:

OÅ bi soá 1 (ball bearing) ñôõ phaàn tröôùc cuûa truïc N1 OÅ laên soá 1.5 (roller bearing) chæ chòu taûi höôùng kính cho

truïc N1 OÅ bi soá 2 (ball bearing) ñôõ phaàn tröôùc cuûa truïc N2 OÅ laên soá 3 (roller bearing) ñôõ phaàn sau cuûa truïc N2 OÅ laên soá 4 (roller bearing) ñôõ phaàn sau cuûa truïc N1Accessory drive – cô caáu truyeàn chuyeån ñoäng ñeå khôûi

ñoäng ñoäng cô hoaëc truyeàn chuyeån ñoäng töø ñoäng cô ñeå daãn ñoäng caùc boä phaän rieâng leõ

Khi ñoäng cô chính khôûi ñoäng, heä thoáng naøy truyeàn naêng löôïng beân ngoaøi töø ñoäng cô phuï ñeå quay ñoäng cô chính. Khi ñoäng cô chính hoaït ñoäng, heä thoáng naøy trích moät phaàn naêng löôïng töø ñoäng cô chính vaø truyeàn qua moät loaït caùc hoäp truyeàn ñoäng vaø truïc ñeå quay caùc maùy khaùc.

Coù 3 hoäp truyeàn ñoäng (gearbox) treân ñoäng cô: internal gearbox, angle gearbox, main gearbox. Truïc N2 quay truïc ñöùng (tower shaft) thoâng qua internal gearbox, truïc ñöùng quay truïc naèm ngang (lay shaft) thoâng qua angle gearbox, truïc naèm ngang quay main gearbox. Main gearbox ñôõ vaø quay caùc heä thoáng phuï trôï cuûa ñoäng cô.

Phaàn voû ñoäng côÑoäng cô ñöôïc ñaët trong voû ñoäng cô coù hình daïng khí ñoäng

vaø ñöôïc gaén treân caùnh maùy bay. Phaàn voû ñoäng cô goàm mieäng huùt, phaàn voû bao boïc fan, phaàn voû coù cô caáu taïo löïc ñaåy ngöôïc vaø caùc boä phaän ñöôïc gaén vaøo phaàn khung phía


sau turbine thaáp aùp cuûa ñoäng cô taïo thaønh oáng xaû cuûa phaàn loõi ñoäng cô.

Mieäng huùt ñoäng cô ñöôïc xem laø moät phaàn cuûa voû ñoäng cô, ñöôïc gaén vaøo phía tröôùc khung bao boïc phaàn fan. Doøng bypass sau khi qua fan vaø caùc laù höôùng doøng, tieáp tuïc ñöôïc daãn beân trong phaàn voû coù cô caáu taïo löïc ñaåy ngöôïc vaø thoaùt rieâng reõ ra ngoaøi. Ñoäng cô söû duïng doøng bypass ñeå taïo löïc ñaåy ngöôïc.

OÁng xaû cuûa phaàn loõi ñoäng cô coù daïng hoäi tuï, coøn doøng bypass ñöôïc daãn qua tieát dieän hoäi tuï-phaân kì.

Hình 2.20: Ñoäng cô PW4084D gaén treân caùnh maùy bay


Hình 2.20: OÁng xaû phaàn loõi ñoäng cô

Ñaëc ñieåm cuûa hoï ñoäng cô PW4000

Ñaëc ñieåm PW4084 PW4090 PW4098Ñöôøng kính fan, in. 112 112 112.9Chieàu daøi, in. 191.7 191.7 191.7Troïng löôïng, lb. 14995 15741 16260Ñöôøng kính voû fan, in. 118.6 118.6 119.5Ñaëc tính hoaït ñoäng (SLS –ISA)Löïc ñaåy caát caùnh, lb 86760 91790 98000Flat-rated temperature, 0C

30 30 30

Tyû soá bypass 6.4 6.3 5.8Tyû soá neùn 34.2 38.6 42.8Tyû soá neùn cuûa fan 1.70 1.74 1.80

Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan

Chöông 3CÔÛ SÔÛ LYÙ THUYEÁT TÍNH TOAÙN NHIEÄT ÑOÄNG LÖÏC

HOÏC ÑOÄNG CÔ TURBOFAN

Tính toaùn nhieät ñoäng löïc hoïc cho moät ñoäng cô phaûn löïc laø döïa vaøo ñieàu kieän hoaït ñoäng vaø ñaëc tính cuûa ñoäng cô ñeå xaùc ñònh löïc ñaåy ñoäng cô taïo ra. Ngoaøi ra coøn xem xeùt caùc thoâng soá bieåu thò hieäu quaû hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô nhö möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng, hieäu suaát nhieät, hieäu suaát ñaåy vaø hieäu suaát toaøn theå cuûa ñoäng cô. Lyù thuyeát cô baûn veà nhieät ñoäng löïc hoïc vaø haøng khoâng ñoäng löïc hoïc laø cô sôû lyù thuyeát ñeå phaân tích chu trình nhieät cuûa ñoäng cô.

3.1. Lyù thuyeát cô baûnÑeå tính toaùn nhieät ñoäng löïc hoïc ñoäng cô phaûn löïc caàn

coù kieán thöùc toång hôïp veà nhieät ñoäng löïc hoïc vaø haøng khoâng ñoäng löïc hoïc, trong ñoù, lyù thuyeát doøng moät chieàu laø moät coâng cuï höõu hieäu.

3.1.1. Khí vaø phöông trình traïng thaùi goïi laø phöông trình nhieät cuûa traïng thaùi (thermal

equation of state); hoaëc hoaëc goïi laø phöông trình naêng löôïng cuûa traïng thaùi (energy equation of state). ÔÛ moät traïng thaùi neáu xaùc ñònh ñöôïc thì seõ xaùc ñònh ñöôïc .

Caùc ñònh nghóa khaùc Enthalpy:

Nhieät dung rieâng ñaúng tích:

Nhieät dung rieâng ñaúng aùp:

Tyû soá nhieät dung rieâng:


Vaän toác aâm thanh: Ts

PPa

2

Khi khí ñöôïc xem laø khí lyù töôûng, phöông trình traïng thaùi coù daïng , noäi naêng laø moät haøm cuûa nhieät ñoä.

, ,

Calorically perfect gas laø khí lyù töôûng coù laø haèng soá.

3.1.2. Ñoäng löïc hoïc doøng oån ñònh moät chieàuDöôùi goùc ñoä haøng khoâng ñoäng löïc hoïc, moät traïng thaùi

cuûa doøng khí, ngoaøi aùp suaát vaø nhieät ñoä, coøn ñöôïc ñaëc tröng bôûi vaän toác. Xeùt doøng khí chuyeån ñoäng oån ñònh, moät chieàu qua moät theå tích kieåm soaùt , ñaëc tính cuûa doøng khí ñöôïc moâ taû bôûi caùc phöông trình toång quaùt sau:

Hình 3.1: Moâ hình doøng moät chieàu qua theå tích kieåm soaùt 1. Phöông trình baûo toaøn khoái löôïng


2. Phöông trình baûo toaøn naêng löôïng – ñònh luaät 1 nhieät ñoäng löïc hoïc

: nhieät caáp vaøo treân moät ñôn vò thôøi gian : coâng sinh ra treân moät ñôn vò thôøi gian : coâng dòch chuyeån treân moät ñôn vò thôøi

gian : möùc naêng löôïng ôû moät traïng thaùi treân

moät ñôn vò thôøi gian : noäi naêng treân moät ñôn vò thôøi gian treân moät ñôn vò

löu löôïng khoái löôïng : ñoäng naêng treân moät ñôn vò thôøi gian treân moät ñôn

vò löu löôïng khoái löôïng : theá naêng treân moät ñôn vò thôøi gian treân moät ñôn vò

löu löôïng khoái löôïng

Neáu löu löôïng khoâng thay ñoåi thì phöông trình naêng löôïng vieát cho moät ñôn vò löu löôïng khoái löôïng nhö sau:

3. Phöông trình entropy – ñònh luaät 2 nhieät ñoäng löïc hoïc 4. Phöông trình ñoäng löôïng – ñònh luaät 2 cuûa chuyeån ñoäng Ñaëc tính cuûa doøng khí ôû moät traïng thaùi ñöôïc ñaëc tröng

bôûi caùc ñaïi löôïng:AÙp suaát


Nhieät ñoä Vaän toác Muoán cho doøng khí chuyeån töø traïng thaùi naøy sang traïng

thaùi khaùc thì phaûi taùc ñoäng vaøo noù baèng moät quaù trình xaùc ñònh. Tuøy vaøo quaù trình bieán ñoåi cuûa doøng khí maø ta nhaän ñöôïc traïng thaùi môùi coù caùc ñaëc tính xaùc ñònh.

Ñoái vôùi löu chaát laø chaát khí trong hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô phaûn löïc, söï thay ñoåi cuûa thaønh phaàn theá naêng laø nhoû so vôùi söï thay ñoåi cuûa caùc thaønh phaàn naêng löôïng khaùc, neân khi xem xeùt veà maët naêng löôïng cuûa doøng khí ta coù theå boû qua. Cuøng vôùi ñònh nghóa enthalpy, khí ñöôïc xem laø calorically perfect, phöông trình naêng löôïng ñöôïc vieát laïi:

: enthalpy döøng hay enthalpy toaøn phaàn

: nhieät ñoä döøng hay nhieät ñoä toaøn phaàn

Xeùt chuyeån ñoäng ñoaïn nhieät, khoâng trao ñoåi coâng cuûa doøng khí callorically perfect töø vaän toác (traïng thaùi 1) veà vaän toác 0 (traïng thaùi 2). Khi vaän toác doøng khí baèng 0 thì doøng khí ñaït ñeán nhieät ñoä laø nhieät ñoä döøng cuûa traïng thaùi 1, baát chaáp quaù trình ñoù laø thuaän nghòch hay khoâng thuaän nghòch (ví duï do aûnh höôûng cuûa ma saùt chaúng haïn). Phöông trình entropy bieåu dieãn quaù trình nhö sau:


Nhieät ñoä laø xaùc ñònh neân aùp suaát tuøy thuoäc vaøo söï gia taêng entropy , coù nghóa laø phuï thuoäc vaøo möùc ñoä thuaän nghòch cuûa quaù trình. Neáu quaù trình treân laø ñaúng entropy (isentropic – ñoaïn nhieät vaø thuaän nghòch), , thì aùp suaát ñöôïc goïi laø aùp suaát döøng hay aùp suaát toaøn phaàn cuûa traïng thaùi 1.

Töø ñònh nghóa ñoù, aùp suaát döøng ñöôïc xaùc ñònh:

Trong vieäc xem xeùt caùc quaù trình bieán ñoåi cuûa doøng khí, caàn phaân bieät khaùi nieäm “nhieät ñoä döøng, aùp suaát döøng” cuûa moät traïng thaùi (mang tính ñònh nghóa) vôùi quaù trình bieán ñoåi thöïc teá töø traïng thaùi naøy sang traïng thaùi kia.

Vôùi ñònh nghóa veà soá Mach, aùp suaát döøng vaø nhieät ñoä döøng taïi moät traïng thaùi ñöôïc bieåu dieãn theo soá Mach nhö treân. Nhö vaäy, ñaëc tính cuûa moät doøng khí thay vì ñöôïc xaùc ñònh baèng ba ñaïi löôïng thì ta coù theå xaùc ñònh baèng ba ñaïi löôïng töông öùng .

Löu löôïng khoái löôïng cuûa doøng khí taïi vò trí i coù tieát dieän :

Vôùi : mass flow parameter


vôùi

Caùc quaù trình laøm thay ñoåi traïng thaùi cuûa doøng khíXeùt doøng oån ñònh moät chieàu, söï thay ñoåi ñaëc tính cuûa

doøng khí gaây ra bôûi caùc nguyeân nhaân: Söï thay ñoåi tieát dieän Quaù trình thu-caáp nhieät Taùc duïng cuûa ma saùt

Doøng chæ chòu söï thay ñoåi cuûa tieát dieän (doøng ñaúng entropy) thì nhieät ñoä, aùp suaát, soá Mach thay ñoåi theo tieát dieän doøng khí, trong khi ñoù nhieät ñoä toaøn phaàn, aùp suaát toaøn phaàn khoâng thay ñoåi. Vaán ñeà ñaùp öùng cuûa oáng khí ñoäng ñoái vôùi söï thay ñoåi ñieàu kieän moâi tröôøng caàn ñöôïc xem xeùt vì ñieàu kieän khí thoaùt thieát keá trong caùc cheá ñoä hoaït ñoäng khaùc nhau khoâng phaûi luùc naøo cuõng töông thích vôùi ñieàu kieän moâi tröôøng. OÁng xaû cuûa ñoäng cô phaûn löïc laø moät daïng oáng khí ñoäng caàn ñöôïc xem xeùt ñaëc bieät ôû khía caïnh naøy bôûi vì phaïm vi hoaït ñoäng cuûa maùy bay thay ñoåi raát roäng.

Moät oáng khí ñoäng ñöôïc thieát keá vôùi ñieàu kieän döøng nhaát ñònh (Pt, Tt) giaõn nôû ñeán moät aùp suaát nhaát ñònh caân baèng vôùi aùp suaát moâi tröôøng. Goïi aùp suaát taïi maët thoaùt laø Pe, aùp suaát moâi tröôøng laø Pa, xeùt ñaùp öùng cuûa oáng khí ñoäng khi thay ñoåi aùp suaát moâi tröôøng so vôùi ñieàu kieän thieát keá.


Hình 3.2: Ñaùp öùng cuûa oáng khí ñoäng hoäi tuï – phaân kì vôùi moâi tröôøng

OÁng hoäi tuï-phaân kyø: soá Mach thieát keá taïi maët thoaùt M > 1, löu löôïng doøng khí qua oáng laø toái ña- Tröôøng hôïp Pa < Pe (underexpanded) thì doøng beân trong

cuûa oáng hoäi tuï-phaân kì khoâng coù gì thay ñoåi. Doøng khí thoaùt ra ngoaøi vôùi aùp suaát Pe taïi maët thoaùt vaø aùp suaát khí thoaùt seõ caân baèng vôùi aùp suaát moâi tröôøng ôû vuøng haäu löu.

- Tröôøng hôïp Pa = Pe (design expansion) thì doøng beân trong cuûa oáng hoäi tuï-phaân kì seõ daõn nôû ñeán aùp suaát Pe = Pa nhö thieát keá vaø khoâng coù baát kì moät xaùo ñoäng naøo xaûy ra.

- Tröôøng hôïp Pa > Pe (overexpanded): xaûy ra söï baát lieân tuïc cuûa doøng khí ngay sau maët thoaùt cuûa oáng. Söï chuyeån ñoåi töø aùp suaát khí thoaùt Pe thaáp taïi maët thoaùt leân aùp suaát moâi tröôøng cao hôn buoäc phaûi traûi qua moät heä thoáng soùng shock. Neáu cheânh leäch giöõa Pe

vaø Pa khoâng lôùn thì soùng shock laø oblique shock, neáu


cheânh leäch lôùn hôn thì soùng shock laø soùng oblique-normal shock keát hôïp.

- Neáu cheânh leäch aùp suaát lôùn hôn ñeán moät giaù trò naøo ñoù thì soùng oblique-normal shock seõ dòch chuyeån laïi taïi maët thoaùt thaønh nomal shock (normal shock at exit).

- Neáu nhö cheânh leäch naøy tieáp tuïc taêng leân nöõa thì seõ laøm dòch chuyeån normal shock vaøo beân trong oáng (normal shock inside). Baát thuaän nghòch naøy xaûy ra trong oáng, doøng khí sau normal shock laø döôùi aâm, aùp suaát döøng bò giaûm ñi.

- Neáu nhö tieáp tuïc taêng Pa ñeán moät giaù trò nhaát ñònh thì normal shock seõ dòch chuyeån daàn vaøo trong ñeán vò trí coå oáng khí ñoäng vaø maát ñi, doøng khí ñaït vaän toác aâm thanh taïi coå vaø döôùi aâm ôû caùc choã khaùc.

- Neáu tieáp tuïc taêng Pa nöõa thì doøng khí khoâng coøn ñaït vaän toác aâm thanh taïi coå vaø löu löôïng doøng khí seõ giaûm xuoáng.

OÁng hoäi tuï: ñöôïc thieát keá ñaït soá M = 1 taïi coå, aùp suaát taïi coå caân baèng vôùi aùp suaát moâi tröôøng, löu löôïng doøng khí qua oáng laø toái ña- Tröôøng hôïp Pa < Pe thì doøng beân trong cuûa oáng khoâng

coù gì thay ñoåi. Doøng khí thoaùt ra ngoaøi vôùi aùp suaát Pe

taïi maët thoaùt vaø aùp suaát khí thoaùt seõ caân baèng vôùi aùp suaát moâi tröôøng ôû vuøng haäu löu.

- Tröôøng hôïp Pa = Pe thì doøng beân trong cuûa oáng hoäi tuï-phaân kì seõ daõn nôû ñeán aùp suaát Pe = Pa nhö thieát keá vaø khoâng coù baát kì moät xaùo ñoäng naøo xaûy ra.

- Tröôøng hôïp aùp suaát moâi tröôøng lôùn hôn aùp suaát khí thoaùt cuûa ñieàu kieän soá Mach = 1 taïi coå thì ñieàu kieän vaän toác ñaït vaän toác aâm thanh taïi coå khoâng coøn nöõa, khí ñoù löu löôïng doøng khí bò giaûm xuoáng, oáng chæ ñôn


thuaàn laø moät oáng hoäi tuï, aùp suaát taïi coå caân baèng vôùi aùp suaát moâi tröôøng.

Khi caáp hay thu nhieät, tuøy vaøo ñieàu kieän soá Mach ñaàu vaøo maø xaùc ñònh chieàu höôùng thay ñoåi. Doøng khí coù soá Mach ñaàu vaøo 1, neáu caáp nhieät quaù trình taêng entropy dieãn ra, soá Mach seõ taêng leân, aùp suaát giaûm, nhieät ñoä taêng, aùp suaát toaøn phaàn giaûm moät ít. Coøn aûnh höôûng cuûa ma saùt thì phuï thuoäc vaøo chieàu daøi ñoaïn chuyeån ñoäng, luoân laøm gia taêng entropy cuûa doøng khí, aùp suaát döøng cuûa doøng khí seõ bò giaûm.

Trong thöïc teá, söï thay ñoåi ñaëc tính cuûa doøng khí khoâng ñôn thuaàn do moät maø do nhieàu nguyeân nhaân gaây ra. Tuy nhieân, tuøy töøng tröôøng hôïp maø chuùng ta xaùc ñònh nguyeân nhaân naøo ñoùng vai troø chuû yeáu, nguyeân nhaân naøo aûnh höôûng khoâng ñaùng keå maø coù öôùc ñoaùn vaø tính toaùn cho phuø hôïp. Ñieàu naøy raát coù yù nghóa trong vieäc xem xeùt söï thay ñoåi ñaëc tính cuûa doøng khí qua ñoäng cô.

3.2. Phaân tích chu trình nhieät ñoäng löïc hoïc cuûa ñoäng cô turbofan

Phaân tích chu trình nhieät cuûa ñoäng cô laø nghieân cöùu nhöõng thay ñoåi nhieät ñoäng löïc hoïc cuûa doøng khí qua töøng boä phaän cuûa ñoäng cô, töø ñoù xaùc ñònh ñöôïc caùc thoâng soá ñaëc tính cuûa ñoäng cô.

Khi thieát keá ñoäng cô, ngöôøi ta thöôøng thieát keá ôû ñieàu kieän nhaát ñònh (design point or reference point condition), thoâng thöôøng ñoù laø cheá ñoä hoaït ñoäng oån ñònh nhaát cuûa ñoäng cô. Tuy nhieân, trong quaù trình hoaït ñoäng, khoâng phaûi luùc naøo ñoäng cô cuõng hoaït ñoäng ôû cheá ñoä thieát keá. ÔÛ caùc cheá ñoä hoaït ñoäng khaùc (off-design condition), ñaùp öùng cuûa ñoäng cô phaûi ñöôïc tính toaùn laïi.


3.2.1. Phaân tích chu trình daïng thoâng soá Phaân tích chu trình daïng thoâng soá (parametric cycle analysis)

laø coâng vieäc mang tính thieát keá: ñoäng cô laøm vieäc ôû moät cheá ñoä xaùc ñònh (cao ñoä bay, toác ñoä bay, möùc coâng suaát – tay ga), vôùi moät maùy neùn coù tyû soá neùn xaùc ñònh, ñaëc tính cuûa turbine phuø hôïp vôùi ñaëc tính cuûa maùy neùn ñeå cho tyû soá neùn ñoù, vaø keát quaû laø taïo ra moät löïc ñaåy xaùc ñònh.

Hình 3.3: Moâ hình ñoäng cô turbofan

Hình 3.4: Bieåu ñoà nhieät ñoä – entropy cuûa doøng khí qua fan


Hình 3.5: Bieåu ñoà nhieät ñoä – entropy cuûa doøng khí qua corePhöông phaùp chung ñeå phaân tích chu trình moät ñoäng cô

phaûn löïc laø kieåm soaùt söï hay ñoåi ñaëc tính cuûa doøng khí qua töøng boä phaän ñoäng cô, hai thoâng soá cô baûn phaûn aùnh ñaëc tính doøng khí laø nhieät ñoä toaøn phaàn vaø aùp suaát toaøn phaàn.

a. Kyù hieäu vaø giaû thieát Kyù hieäu

: löu löôïng khoái löôïng cuûa doøng khí ñi vaøo phaàn fan: löu löôïng khoái löôïng cuûa doøng khí ñi vaøo phaàn core

Tyû soá bypass: Löu löôïng khí trích ra töø maùy neùn thaáp aùp

laø Löu löôïng khí trích ra töø maùy neùn cao aùp laø


Tyû soá giöõa löu löôïng nhieân lieäu vaø löu löôïng doøng khí qua core:

Doøng töï do:,

Tyû soá enthalpy giöõa cöûa thoaùt buoàng ñoát vaø moâi tröôøng:

laø tyû soá nhieät ñoä döøng giöõa sau vaø tröôùc boä phaän a laø tyû soá aùp suaát döøng giöõa sau vaø tröôùc boä phaän a

Diffuser/Inlet/Intake

Fan

Low-pressure compressorHigh-pressure compressorBurner

High-pressure turbine

Low-pressure turbine

Core exhaust nozzle

Fan exhaust nozzle

Caùc giaû thieát Tính chaát cuûa doøng khí qua ñoäng cô

Nhieät dung rieâng vaø tyû soá nhieät dung rieâng cuûa khí thay ñoåi theo nhieät ñoä vaø tyû leä nhieân lieäu trong hoãn hôïp nhieân lieäu-khoâng khí. Söï thay ñoåi nhieät ñoä cuûa doøng khí qua buoàng


ñoát cuûa ñoäng cô laø lôùn nhaát. Ñeå ñôn giaûn trong tính toaùn ta xem söï thay ñoåi nhieät dung rieâng cuûa doøng khí ñöôïc xaáp xæ baèng giaû thieát doøng khí laø lyù töôûng vôùi nhieät dung rieâng khoâng ñoåi ôû phía tröôùc buoàng ñoát vaø nhieät dung rieâng khoâng ñoåi ôû phía sau buoàng ñoát, töông öùng vôùi giaù trò vaø .

Ñoái vôùi nhieân lieäu loaïi hydrocarbon thì saûn phaåm chaùy cuûa noù coù haèng soá khí R thay ñoåi khoâng ñaùng keå. Tyû soá nhieät dung rieâng giaûm theo nhieät ñoä vaø tyû leä nhieân lieäu-khoâng khí. Haèng soá khí R = 287.3 J/kgK, khoâng khí phía tröôùc buoàng ñoát coù thì J/kgK, hoãn hôïp khí phía sau buoàng ñoát coù thì J/kgK. Caùc giaù trò naøy ñöôïc söû duïng cho tính toaùn cho ñoäng cô turbofan.

Ñaëc tính caùc boä phaän cuûa ñoäng cô turbofanCaùc thoâng soá naøy öôùc ñoaùn caùc quaù trình thöïc teá xaûy

ra khi doøng khí ñi qua töøng boä phaân cuûa ñoäng cô. Thöïc teá caùc quaù trình nhieät-khí ñoäng luoân baát thuaän nghòch, coù nghóa laø luoân laøm gia taêng entropy.

Mieäng huùt: ma saùt vôùi thaønh mieäng huùt laø nguyeân nhaân gaây ra söï giaûm aùp suaát döøng qua mieäng huùt (khoâng thuaän nghòch), quaù trình qua mieäng huùt coù theå xem laø ñoaïn nhieät:

, .Fan: quaù trình neùn khí qua fan, maùy neùn ñöôïc xem laø ñoaïn

nhieät nhöng laøm gia taêng entropy. Hieäu suaát ñeå ño hoaït ñoäng cuûa fan, maùy neùn ñöôïc goïi laø hieäu suaát ñaúng entropy (isentropic efficiency). Hieäu suaát ñaúng entropy cuûa fan:


Trong thöïc teá ta coù theå tính hieäu suaát ñaúng entropy baèng hieäu suaát ña bieán (polytropic efficiency) nhö sau:

Maùy neùn thaáp aùp – Maùy neùn cao aùp

Buoàng ñoát: ôû buoàng ñoát ta quan taâm ñeán söï chaùy khoâng hoaøn toaøn cuûa nhieân lieäu vaø söï maát maùt aùp suaát döøng do ma saùt vaø caáp nhieät. Hieäu suaát chaùy (combustion efficiency) ñöôïc ñaùnh giaù baèng:

Söï maát maùt aùp suaát döøng xaûy ra do hai aûnh höôûng: maát maùt do tính nhôùt ôû beân trong buoàng ñoát vaø maát maùt do caáp nhieät ôû moät soá Mach xaùc ñònh (M<1): .

Turbine cao aùp – Turbine thaáp aùp: quaù trình giaõn nôû khí qua turbine ñöôïc xem laø ñoaïn nhieät (boû qua vieäc laøm maùt) nhöng laøm gia taêng entropy. Hieäu suaát ñaúng entropy cuûa turbine cao aùp ñöôïc ñònh nghóa nhö sau:


Trong thöïc teá ta coù theå tính hieäu suaát ñaúng entropy cuûa turbine baèng hieäu suaát ña bieán nhö sau:

OÁng xaû phaàn core – OÁng xaû phaàn fan: maát maùt chuû yeáu ôû oáng xaû laø do tính chaát giaõn nôû cuûa doøng khí ñeå ñaït ñöôïc aùp suaát khí thoaùt so vôùi aùp suaát moâi tröôøng, ngoaøi ra coøn keå ñeán maát maùt do ma saùt. Quaù trình giaõn nôû trong oáng xaû ñöôïc xem laø ñoaïn nhieät vaø khoâng thuaän nghòch.

, , , , , Giaù trò caùc thoâng soá ñaùnh giaù caùc quaù trình thöïc teá qua

töøng boä phaän cuûa ñoäng cô tham khaûo ôû baûng sau:

Boä phaän Thoâng soá

Loaïi Möùc ñoä coâng ngheä1 2 3 4

Inlet A 0.900 0.950 0.980 0.995B 0.880 0.930 0.960 0.980C 0.850 0.900 0.940 0.960

Compressor

0.80 0.84 0.88 0.90

Burner 0.90 0.92 0.94 0.950.85 0.91 0.98 0.99

Turbine Uncooled

0.80 0.85 0.89 0.90

Cooled 0.83 0.87 0.89

Nozzle D 0.950 0.970 0.980 0.995E 0.930 0.960 0.970 0.980


F 0.900 0.930 0.950 0.970

(K) 1110 1390 1780 2000A : Maùy bay döôùi aâm ñoäng cô coù voû boïc B : Maùy bay döôùi aâm ñoäng cô trong khung maùy bayC : Maùy bay vöôït aâm ñoäng cô trong khung maùy bayD : OÁng xaû hoäi tuï dieän tích coá ñònhE : OÁng xaû hoäi tuï dieän tích thay ñoåiF : OÁng xaû hoäi tuï – phaân kì dieän tích thay ñoåib. Caùc böôùc phaân tíchFan streamBöôùc1:

Böôùc 2:

Böôùc 3:

Böôùc 4:


Core streamBöôùc1:

Böôùc 2:

Böôùc 3:

Böôùc 4:

Böôùc 5: AÙp duïng phöông trình naêng löôïng cho khí vaøo vaø ra ôû buoàng ñoát

Böôùc 6:


High-pressure spoolCoâng suaát do HPT phaùt ra:

Coâng suaát caàn quay HPC:

Suy ra:

Low-pressure spoolCoâng suaát do LPT phaùt ra:

Coâng suaát caàn quay LPC vaø fan:

Suy ra:

Böôùc 7:


Böôùc 8:

Böôùc 9:Hieäu suaát nhieät:

Hieäu suaát löïc ñaåy

Hieäu suaát toaøn theå Caùc keát quaû khaùcTyû soá aùp suaát cuûa ñoäng cô:


Tyû leä löïc ñaåy do core treân moät ñôn vò löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua core vaø löïc ñaåy do fan treân moät ñôn vò löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua fan:

Tyû leä löïc ñaåy do fan taïo ra:

Tyû leä löïc ñaåy do core taïo ra:

Ñieàu kieän aùp suaát khí xaû: OÁng xaû phaàn loõi ñoäng cô

Khí sau low-pressure turbine seõ daõn nôû taêng toác theo tieát dieän nhoû daàn cuûa oáng xaû, ñaùp öùng cuûa oáng xaû nhö ñaùp öùng cuûa moät oáng khí ñoäng vôùi ñieàu kieän moâi tröôøng.

Tröôøng hôïp 1: neáu khí daõn nôû ñeán vò trí coå cuûa oáng xaû maø aùp suaát taïi coå lôùn hôn hoaëc baèng aùp suaát moâi tröôøng (

) thì hieän töôïng choked ( ) xaûy ra.

:

Tröôøng hôïp 2: neáu khí daõn nôû ñeán vò trí coå cuûa oáng xaû maø aùp suaát taïi coå nhoû hôn aùp suaát moâi tröôøng, khi ñoù aùp suaát thöïc teá ñaùp öùng taïi mieäng thoaùt phaûi caân baèng vôùi aùp suaát moâi tröôøng ( ) vaø vaän toác khí thoaùt laø döôùi aâm ( ).


OÁng xaû phaàn fan ñoäng cô coù daïng hoäi tuï-phaân kì ñöôïc thieát keá cho ñieàu kieän bay baèng ( 11000 m), khi ñoù aùp suaát khí xaû caân baèng vôùi aùp suaát moâi tröôøng.

Vaän toác doøng khí ñi qua ñoäng côDoøng khí vaøo ñoäng cô coù vaän toác töông ñoái laø vaän toác

chuyeån ñoäng cuûa maùy bay. Qua mieäng huùt, vaän toác doøng khí giaûm ñeå taêng aùp suaát. Doøng khí tieáp tuïc qua maùy neùn, aùp suaát cuûa doøng khí taêng, trong khi ñoù vaän toác doøng khí gaàn nhö khoâng thay ñoåi. Ra khoûi maùy neùn, vaän toác cuûa doøng khí coøn khaù cao (khoaûng 400 – 500 ft/s), toác ñoä naøy khaù cao khoâng thích hôïp cho vieäc ñoát chaùy nhieân lieäu, neân vaän toác cuûa doøng khí ñöôïc laøm giaûm bôùt, aùp suaát doøng khí tieáp tuïc taêng ñeán giaù trò aùp suaát lôùn nhaát trong ñoäng cô baèng caùch daãn doøng khí qua boä phaän diffuser coù tieát dieän phaân kyø tröôùc khi vaøo buoàng ñoát. Phaàn sau buoàng ñoát coù tieát dieän hoäi tuï laøm gia taêng toác ñoä cuûa doøng khí ñeán soá Mach = 1 tröôùc khi vaøo turbine. Doøng khí ra khoûi turbine coù vaän toác 750 – 1200 ft/s, doøng khí tieáp tuïc taêng toác qua oáng xaû tröôùc khi thoaùt ra ngoaøi.

Giaû thieát doøng khí qua ñoäng cô laø doøng moät chieàu, vieäc öôùc ñoaùn vaän toác doøng khí qua caùc boä phaän cuûa ñoäng cô cho pheùp ta xaùc ñònh ñöôïc caùc ñaëc tính tónh cuûa doøng khí qua ñoäng cô.

3.2.2. Phaân tích hoaït ñoäng cuûa ñoäng côPhaân tích hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô (engine performance

analysis) laø xem xeùt ñaëc tính cuûa moät ñoäng cô xaùc ñònh ñaõ ñöôïc thieát keá hoaëc ñaõ ñöôïc cheá taïo hoaït ñoäng trong caùc ñieàu kieän khaùc vôùi ñieàu kieän thieát keá (off-design). Vieäc phaân tích laø xaùc ñònh nhöõng ñaïi löôïng ñoäc laäp, nhöõng ñaïi löôïng phuï thuoäc vaø quan heä giöõa chuùng. Ñieàu naøy heát söùc coù yù nghóa trong vaán ñeà ñieàu khieån maùy bay, ñaûm baûo cho caû ñoäng cô vaø maùy bay hoaït ñoäng trong giôùi haïn cho pheùp.


Khi moät ñoäng cô turbine ñöôïc gaén vaøo maùy bay, ñaëc tính cuûa noù thay ñoåi theo ñieàu kieän bay (flight condition) vaø möùc tay ga (throttle setting) vaø bò giôùi haïn bôûi heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô. Trong khi bay, phi coâng ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô tröïc tieáp baèng möùc tay ga vaø giaùn tieáp baèng söï thay ñoåi ñieàu kieän bay.

Caùc giaû thieátDoøng khí bò choked ôû mieäng vaøo turbine cao aùp vaø turbine

thaáp aùp . Tyû soá aùp suaát toaøn phaàn cuûa diffuser, buoàng ñoát, core

nozzle, fan nozzle ( ) khoâng thay ñoåi trong caùc cheá ñoä hoaït ñoäng khaùc nhau.

Hieäu suaát ñaúng entropy cuûa caùc boä phaän () vaø hieäu suaát cô khí ( ) khoâng khoâng

thay ñoåi trong caùc cheá ñoä hoaït ñoäng khaùc nhau.Boû qua aûnh höôûng cuûa vieäc laøm maùt turbine, tyû leä trích

khí laø khoâng ñoåi.Khoâng coù coâng suaát ñöôïc trích ra töø turbine ñeå taûi caùc

heä thoáng phuï (hoaëc coù theå hieåu laø bao goàm caû coâng suaát ñöôïc trích ra ñeå taûi caùc heä thoáng phuï nhöng tyû leä naøy laø khoâng ñoåi).

Khí ñöôïc xem laø calorically perfect gas ( laø haèng soá) ôû tröôùc vaø sau buoàng ñoát, vaø khoâng thay ñoåi khi thay ñoåi möùc coâng suaát ( ).

Ñaïi löôïng ñöôïc xem laø haèng soá.Gas generatorGas generator laø söï keát hôïp cuûa compressor-burner-turbine,

laø boä phaän khoâng theå thieáu cuûa moät ñoäng cô phaûn löïc. Ñaùp öùng cuûa gas generator mang tính quyeát ñònh ñoái vôùi ñaùp öùng cuûa ñoäng cô, vì vaäy ta ñi vaøo khaûo saùt töøng boä phaän, tìm ra quan heä giöõa chuùng cuõng nhö aûnh höôûng chuùng leân ñoäng cô.


High-pressure turbineTaïi vò trí 4 (ra khoûi buoàng ñoát vaø vaøo turbine cao aùp) vaø

vò trí 4.5 (ra khoûi turbine cao aùp vaø vaøo turbine thaáp aùp) doøng khí bò choked . Löu löôïng khoái löôïng doøng khí vaøo HPT = Löu löôïng khoái löôïng doøng khí vaøo LPT cho:

vôùi

Nhaän xeùt: laø khoâng thay ñoåi, doøng khí bò choked taïi 4, 4.5 thì giaù trò laø xaùc ñònh duy nhaát, coù nghóa laø, vôùi moät ñoäng cô xaùc ñònh öùng vôùi moät ñieàu kieän thieát keá xaùc ñònh, ñaëc tính cuûa turbine cao aùp vaãn giöõ khoâng ñoåi ôû caùc cheá ñoä bay khaùc vôùi cheá ñoä bay thieát keá.

Low-pressure turbineLöu löôïng khoái löôïng doøng khí vaøo LPT = Löu löôïng khoái

löôïng doøng khí qua coå oáng xaû:

Neáu , tieát dieän coå oáng xaû khoâng thay ñoåi

thì


vôùi

Nhaän xeùt: laø haèng soá, tieát dieän laø khoâng thay ñoåi, doøng khí bò choked taïi 4.5 ( ) thì giaù trò laø phuï thuoäc vaøo giaù trò soá Mach taïi vò trí coå cuûa oáng xaû ( ).

CompressorCaân baèng naêng löôïng cuûa high-pessure spool vaø low-pessure

spoola. High-pessure spool: giöõa HPT vaø HPC

b. Low-pessure spool: giöõa LPT vaø LPC-fan

Do LPC vaø fan noái ñoàng truïc, trong caùc cheá ñoä hoaït ñoäng thoâng thöôøng, söï gia taêng enthalpy qua LPC tyû leä vôùi söï gia taêng enthalpy qua fan:


Nhaän xeùt chung: khi thay ñoåi cheá ñoä bay (vaän toác, cao ñoä vaø tay ga) thì ñaëc tính cuûa HPT khoâng thay ñoåi. Ñaëc tính caùc boä phaän coøn laïi seõ thay ñoåi ñeå ñaùp öùng theo traïng thaùi môùi.

Tính toaùn cuï theå cho ñoäng cô turbofanÑeå deã daøng trong tính toaùn ta ñöa caùc soá voâ thöù nguyeân

veà daïng so saùnh vôùi caùc giaù trò tham chieáu töông öùng. Low-pressure turbine

Bypass ratio


Engine mass flow

High-pressure compressorCaân baèng coâng suaát giöõa HPT vaø HPC

Suy ra:

Low pressure compressorDo LPC vaø fan noái ñoàng truïc, trong cheá ñoä hoaït ñoäng

thoâng thöôøng, söï gia taêng enthalpy qua LPC tyû leä vôùi söï gia taêng enthalpy qua fan:


Caân baèng coâng suaát giöõa LPT vaø LPC, fan:

Thay giaù trò

Suy ra:

Soá voøng quay cuûa truïc thaáp aùp N1 vaø truïc cao aùp N2

Theo lyù thuyeát maùy turbine, söï bieán ñoåi naêng löôïng qua maùy neùn tyû leä vôùi bình phöông soá voøng quay.


Nhö vaäy coù taát caû 11 ñaïi löôïng coù quan heä phi tuyeán vôùi nhau, ta giaûi baèng phöông phaùp laëp, baét ñaàu baèng giaù trò reference cho ñeán khi ñaït sai soá yeâu caàu (0.0001).

Ñaët caùc giaù trò ban ñaàu: , , , 1. Böôùc 1

2. Böôùc 2

3. Böôùc 3

4. Böôùc 4

5. Böôùc 5

Neáu thì laáy


Neáu khoâng thì laáy

6. Böôùc 6

7. Böôùc 7

8. Böôùc 8

9. Böôùc 9

10. Böôùc 10

11. Böôùc 11

Khi tìm ñöôïc caùc giaù trò môùi naøy, vieäc tính toaùn coøn laïi gioáng nhö phaân tích chu trình ñoäng cô daïng thoâng soá.

Ñaùp öùng cuûa ñoäng cô theo ñieàu kieän bay theå hieän ôû söï thay ñoåi caùc ñaëc tính ñöôïc bieåu dieãn ôû caùc hình döôùi ñaây:


Hình 3.6: Ñaùp öùng cuûa löïc ñaåyÔÛ moät cheá ñoä tay ga nhaát ñònh, löïc ñaåy seõ giaûm theo

cao ñoä vaø soá Mach, ôû cao ñoä lôùn thì aûnh höôûng cuûa soá Mach laø nhoû.


Hình 3.7: Ñaùp öùng cuûa möùc tieâu hao nhieân lieäu rieângÔÛ moät cheá ñoä tay ga nhaát ñònh, SFC taêng theo soá Mach vaø giaûm theo cao ñoä.

Hình 3.8: Ñaùp öùng cuûa löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua ñoäng cô


ÔÛ moät cheá ñoä tay ga nhaát ñònh, löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua ñoäng cô giaûm theo cao ñoä vaø soá Mach.

Hình 3.9: Ñaùp öùng cuûa tyû soá bypassÔÛ moät cheá ñoä tay ga nhaát ñònh, tyû soá bypass taêng theo

soá Mach, giaûm theo cao ñoä.


Hinh 3.10: Ñaùp öùng cuûa tyû soá neùn cuûa fanÔÛ moät cheá ñoä tay ga nhaát ñònh, tyû soá neùn giaûm theo

soá Mach vaø taêng theo cao ñoä.

Hinh 3.11: Ñaùp öùng cuûa tyû soá neùn cuûa maùy neùn cao aùpÔÛ moät cheá ñoä tay ga nhaát ñònh, tyû soá neùn giaûm theo soá Mach vaø taêng theo cao ñoä.


Hình 3.12: Ñaùp öùng cuûa ñoäng cô ôû moät cheá ñoä tay ga vaø soá Mach theo cao ñoä

Hình 3.13: Ñaùp öùng ñoäng cô ôû cao ñoä maët bieån vôùi soá Mach theo cheá ñoä tay ga


Ngoaïi tröø tyû soá bypass, löïc ñaåy, löu löôïng khoái löôïng doøng khí vaøo ñoäng cô vaø möùc tieâu hao nhieân lieäu ñeàu taêng theo cheá ñoä tay ga.

Hình 3.14: Ñaùp öùng cuûa ñoäng cô theo soá voøng quay cuûa truïc thaáp aùp


Hình 3.15: Ñaùp öùng cuûa ñoäng cô theo soá voøng quay cuûa truïc cao aùp

ÖÙng vôùi moät cao ñoä vaø soá Mach, löïc ñaåy tyû leä thuaän vôùi soá voøng quay, soá voøng quay tyû leä thuaän vôùi vò trí tay ga, ngöôøi phi coâng seõ ñieàu khieån vò trí tay ga ñeå ñaït löïc ñaåy yeâu caàu.

Chöông 5: Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô PW4048D

Chương 4TURBOMACHINES AXIALE

Des objectifs contradictoires Puissance (maxi pour une turbine)Poussée (mini pour un compresseur)Performances (consommation spécifique) Volume minimum

Surface frontale minimum (trainée externe ) flux de masse/unite de surface élevé vitesse axiale élevée vitesse de rotation élevéePb de compressibilitéPb de résistance mécanique

Longueur minimale (poids et trainée de frottement ) nombre d’étages reduit taux de compression par étage élevé avec bonne efficacité ( pb de décrochage et pb de décollement par choc) Fiabilité et simplicité de construction Pb de vibration et fatigue Pb de maintenance Pb de cout

4.1. Compresseur axial

Assumer:

Données- taux de compression- débits- pression totale et température totale à l’entrée

Choix- forme de la veine


- nombre d’étages et distribution de la charge entre les étages- degré de réaction (répartition entre rotor et stator)- évolutions radiales des angles- nombre d’aubes et allongement

Relations avec- la charge par étage

- le degré de réaction

Compresseur axial avec conservation de la vitesse axiale


Théorème d’Euler:



Les trois schéma ci-dessous illustrent cet énonce

1er cas 2ème cas 3ème cas






4.2. Compresseur à écoulement amont supersonique

Notion d’incidence unique

L’écoulement supersonique dans le domaine ABA’ est completement determiné par la donnée du mach amont M1 et de la portion AB du profil.

Conservation du débit


fonction de et larsque la portion AB du profil est donnée Pour une grille supersonique (aimorcée) on ne peut pas imposer à la fois le Mach

amont et l’incidence .……

Rendement Isentropique


Rendement

Mais

car par hypothèse

En introduisant le coefficient de débit

Le colcul d’equilibre radial qui pournit l’evolution radiale des angles absolus ( ) ou relatifs ( ) dépend des pertes

pertes par frottement sur les profils pertes par choc pertes par ‘écoulements secondaires’

couches limites moyeux et carter jeux

pertes de culot dues à l’épaisseur finiz des bords de fuite.


4.3. Determination du rendement d’étage

-A- ROTOR

Coefficient de perte

Hypothèse d’incompressibilité


Mais

Et

Soit

-B- STATOR

Coefficient de perte

Hypothèse: incompressibilité

Mais

Comme


Optimisation de en fonction du degré de réaction

Hypothèse On se donne

la charge par étage

le coefficient de débit

On cherche optimum en fonction de 1. On sait que

donc (et )2. On calcule le facteur de diffusion D en fonction de et

3. On en déduit



Fonctionnement hors adaptation

Hypothèse Compresseur défini pour fixé (conditions nominales)

donné par

et donné par

constants on fait varier


1.

Quand la charge

2. On a

Quand

3. On a

Quand

4. On a

Quand

5. On a

Quand


Si le coefficient de débit

La charge mais les angles incidents sur la roue ( ) et le redresseur ( ) et les ralentissements dans les grilles deviennent plus sévères

risque d’instabilité et pompage

Problème: est trop grandRemède augmenter

Directrice d’ent à calage varial (ou redresseur à calage variable)Ventelles ou vannes d’antipompage


4.4. Performances

Diagramme compresseur

La ligne de pompage divise le champ compresseur en 2 domaines: stable/instable

Les différents fonctionnement instables:1. Décollement tournant


Mécanisme

- Décollement extrados aube 1- Blocage du passage entre 1 et 2 - Déviation de l’écoulement incident sur l’aube 2- Augmentation de l’incidence aube 2- Décollement extrados aube - etc…

Le décollement tournant fluctuation spatiale du débit (une fraction du rotor est décollée) mais il n’y a pas de fluctuation temporelle du débit moyen (régime stationnaire pour le débit globe)

2. Pompage Fortes fluctuation du débit et du taux de compression dues à des décollement sur les

aubes ou sur les carters

3. Flottement Couplage entre excitation aérodynamique et vibrations des aubes. La fréquence propre des aubes foue un role important


déteste

Maximum de vitesse à l’extrados vers l’arrière du profil

CL laminaire

Compression

Maximum de vitesse près du bord d’…

CL turbulent + recompression progressive ….


Criteres De Pompage

La “marge de pompage” temps d’accélération du moteurFacteurs influencant le pompage

1. Facteurs internesA/ Facteur de diffusion 0.6

B/ Pour les décollements parietaux sur les carters

C/ Stator à calage variable pour réadapter les incidences sur les rotors à faible régime (‘fermeture’ au ralenti)2. Facteurs externesPompage lié aux hétérogénéités


Vent de traversAvion civil

Décollement dans les entrées d’air à grande incidenceAvion de combat


Quelques ordres de grandeurs

1. Conditions sur la triangulationA/ Mach incidence sur le rayon mini (diminution des pertes secondaires)

B/ Ralentissement- Sur les aubes

- Pour la Cl sur les carters

C/ Déviation (phénomènes secondaires)- en subsonique: à - en supersonique: quelques degrés

2. Vitesse axiale à l’entrée

pour et

limite du blocage soniqueEn pratique

- 205 à 210 (kg/s)/m2 pour un premier étage de soufflante (eclt sain)- 190 à 195 (kg/s)/m2 pour d’un compresseur HP ( de CL pariétales + sillage

des aubes BP)

3. Evolution de la vitesse axialeMach à l’entrée de la chambre de combustion 0.25 à 0.3


Optimiser la distribution pour limiter la diffusion dans les roués

4. Régime de rotation et taux de compressionRappel La triangulation est determinée par la donnée de

Pour fixé le taux de compression dépend de



La vitesse périphérique est limitée par la valeur du Mach en tèteExemple

- Débit spécifique 210 (kg/s)/m2

- , - u = 450 m/sentrée axiale

Compresseur à circulation constante ou irrotationnel ou ‘free vortex flow’

… équilibre radial simplifié

Travail fourni au fluide

Travail indépendant du rayonInconvénient: W est maximum à l’extremité des aubes risque d’atteindre le Mach critique du profil (sur le 1er étage car pour les étages suivants T la vitesse du son Mach )

Remèdes

- Diminuer Wmax en diminuant la charge (done la circulation)- Utiliser des profils appropries (minees bicirculaires)- Diminuer (mais 1 - est un fonction décroissante de ….

Abandonner Compresseur ratationne




Chöông 5TÍNH TOAÙN NHIEÄT ÑOÄNG LÖÏC HOÏC ÑOÄNG CÔ

PW4084D

Döïa vaøo nhöõng thoâng soá thieát keá ñoäng cô ta phaân tích chu trình ñoäng cô daïng thoâng soá. Söû duïng cheá ñoä naøy laøm ñieàu kieän tham chieáu ñeå phaân tích hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô ôû caùc cheá ñoä bay khaùc vaø so saùnh keát quaû vôùi caùc döõ lieäu ñöôïc ghi nhaän laïi treân maùy bay.

4.1. Phaân tích chu trình daïng thoâng soá Ñoäng cô ñöôïc thöû ôû ñieàu kieän coâng suaát hoaït ñoäng lôùn

nhaát treân beä thöû cuûa nhaø cheá taïo ôû cao ñoä maët bieån (SLS – ISA). Maùy neùn hoaït ñoäng ôû coâng suaát toái ña öùng vôùi tyû soá neùn lôùn nhaát, löïc ñaåy taïo ra laø lôùn nhaát, ñaây laø ñieàu kieän hoaït ñoäng giôùi haïn cuûa ñoäng cô. Löïc ñaåy vaø löu löôïng doøng khí chæ ño ñöôïc thöïc teá treân beä thöû ñoäng cô.

- Löïc ñaåy: 86760 lb- Tyû soá bypass: 6.4- Tyû soá neùn cuûa maùy neùn: 34.2- Tyû soá neùn cuûa fan: 1.70Öôùc ñoaùn caùc giaù trò hoaït ñoäng cuûa ñoäng côTheo TLTK 1 vaø TLTK 5, vôùi trình ñoä coâng ngheä hieän nay

nhieät ñoä tónh giôùi haïn sau buoàng ñoát khoaûng 1500 0C (nhieät ñoä döøng giôùi haïn khoaûng 2000 0K). Nhieät ñoä naøy tyû leä vôùi löôïng nhieân lieäu phun vaøo ñoäng cô ñöôïc ñieàu khieån bôûi caàn ga.

Maùy neùn thaáp aùp bao goàm fan vaø 6 taàng neùn, maùy neùn cao aùp coù 11 taàng neùn. Neáu nhö moãi taàng neùn coù tyû soá neùn 1.1 – 1.2, tyû soá neùn toaøn theå cuûa maùy neùn laø 34.2 thì


öôùc löôïng tyû soá neùn cuûa maùy neùn cao aùp vaø tyû soá neùn cuûa maùy neùn thaáp aùp .

Döïa vaøo TLTK 1, choïn möùc ñoä coâng ngheä cao cho ñoäng cô PW4084D, öôùc ñoaùn caùc heä soá vaø giaû thieát caùc heä soá naøy cuõng khoâng thay ñoåi khi thay ñoåi ñieàu kieän bay.

Tyû soá aùp suaát döøng qua mieäng huùt, buoàng ñoát, core nozzle, fan nozzle

Hieäu suaát ñaúng entropy ñöôïc tính töø vieäc öôùc ñoaùn hieäu suaát ña bieán

Hieäu suaát cô khí truïc thaáp aùp, hieäu suaát cô khí truïc cao aùp coù tính ñeán phaàn coâng suaát HPT keùo caùc heä thoáng phuï

Hieäu suaát chaùy Tyû leä trích khí ôû HPC, ñoäng cô PW4084D khoâng trích khí ôû

LPC.Ta tính cho nhieàu giaù trò nhieät ñoä döøng sau buoàng ñoát, tyû

leä trích khí, tyû leä coâng suaát trích ra ñeå quay caùc heä thoáng phuï, laáy keát quaû tính ñöôïc laøm giaù trò tham chieáu ñeå tính toaùn cho caùc ñieàu kieän hoaït ñoäng khaùc cuûa ñoäng cô, xem xeùt vaø so saùnh vôùi keát quaû ghi nhaän ñöôïc, töø ñoù choïn caùc giaù trò phuø hôïp.

Söû duïng lyù thuyeát phaân tích chu trình daïng thoâng soá, phaân tích ñoäng cô PW4084D vôùi caùc ñieàu kieän döôùi ñaây.

Ñieàu kieän bay: Cao ñoä bay: h = 0 m (ISA) Soá Mach bay: Vò trí tay ga lôùn nhaát: Tyû soá neùn cuûa fan, LPC, HPC: , ,Tyû soá bypass:


Hieäu suaát ñaúng entropy cuûa fan, LPC, HPC, LPT, HPT: , , , ,

Tyû soá aùp suaát döøng qua mieäng huùt, buoàng ñoát, core nozzle, fan nozzle: , , ,

Hieäu suaát cô khí truïc thaáp aùp, truïc cao aùp: , Hieäu suaát chaùy: Tyû leä trích khí ôû LPC, HPC: , Ñaëc tính cuûa doøng khí: , , J/kgK,

J/kgKNhieät trò cuûa nhieân lieäu: J/kgSoá voøng quay: %, %Löïc ñaåy caàn taïo ra: N (86760 lb)Tính toaùnDöïa vaøo ñieàu kieän bay, ta coù: K, Pa, suy ra:

m/s m/s, ,

Xeùt tröôøng hôïp: K, ,

Fan stream


K

m/sCore stream


, suy ra:

K

m/sTyû soá aùp suaát cuûa ñoäng cô:

N/(kg/s)


N/(kg/s)

N/(kg/s)

%

%

(mg/s)/N%

%%

Neáu nhö ñoäng cô taïo ra löïc ñaåy laø 86760 lb (386000 N) thì löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua ñoäng cô laø:

kg/s

Löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua core:

kg/s

Löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua fan: kg/s

Löu löôïng nhieân lieäu vaøo ñoäng cô: kg/s

Keát quaû tính toaùn cho nhieàu cheá ñoä khaùc nhau ôû baûng sau:


Cheá ñoä K K K K


7.1597 7.1597 7.3643 7.36430.0298 0.0224 0.0235 0.02350.8101 0.8556 0.8598 0.83970.3762 0.4860 0.4973 0.44540.7012 0.6227 0.6355 0.62690.1893 0.1063 0.1175 0.10981.6662 1.6662 1.6662 1.66621.6662 1.6662 1.6662 1.6662

1 1 1 10.8861 0.8861 0.8861 0.88611.0215 1.0215 1.0215 1.02150.8956 0.8956 0.8956 0.8956

(K) 294.4 294.4 294.4 294.4 (m/s) 304.9 304.9 304.9 304.9

2.2673 1.6454 1.8605 1.55761.8445 1.6454 1.8445 1.55760.8135 1 0.9914 1

1 0.8955 1 0.84192.9733 2.8672 2.9421 2.95281.6743 1.4725 1.6655 1.4048

(K) 856.9 826.3 847.9 851.0 (m/s) 570.1 501.3 567.1 478.3

EPR 2.3134 1.6789 1.8983 1.5892 (N/(kg/s)) 304.9 304.9 304.9 304.9 (N/(kg/s)) 670.0 387.2 441.5 370.0

(N/(kg/s)) 354.3 316.0 323.4 313.72.1973 1.2699 1.4479 1.2133

(%) 74.44 83.4 81.6 84.1 (%) 25.56 16.6 18.4 15.9

SFC ((mg/s)/N) 11.38 9.57 9.82 10.12 (%) 36.2 41.0 41.7 38.2 (%) 0 0 0 0 (%) 0 0 0 0 (kg/s) 1089.6 1221.4 1193.7 1230.4 (kg/s) 147.2 165.0 161.3 166.3 (kg/s) 942.4 1056.3 1032.4 1064.2 (kg/s) 4.39 3.69 3.79 3.91


Söû duïng keát quaû cuûa töøng cheá ñoä tính toaùn ôû treân laøm ñieàu kieän tham chieáu ñeå tính toaùn cho caùc ñieàu kieän bay khaùc, xem xeùt caùc thoâng soá: nhieät ñoä khí thoaùt, tyû soá aùp suaát cuûa ñoäng cô, tyû leä löïc ñaåy do phaàn fan vaø core taïo ra, möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng, löu löôïng doøng khí vaøo ñoäng cô, löu löôïng nhieân lieäu caáp vaøo ñoäng cô. Giaù trò K,

, cho keát quaû khaù hôïp lyù. Söï thay ñoåi nhieät ñoä döøng vaø aùp suaát döøng cuûa doøng khí qua phaàn core vaø phaàn fan cuûa ñoäng cô ñöôïc bieåu dieãn treân bieåu ñoà nhieät ñoä – entropy.

Hình 4.1: Bieåu ñoà nhieät ñoä – entropy cuûa doøng khí qua core



4.2. Phaân tích hoaït ñoäng cuûa ñoäng côSöû duïng keát quaû tính toaùn tham chieáu ôû ñieàu kieän ñoäng

cô thöû treân beä thöû ñeå tính toaùn caùc cheá ñoä hoaït ñoäng khaùc cuûa ñoäng cô.

4.2.1. Cheá ñoä caát caùnh

Caùc thoâng soá ghi nhaän töø ñoäng cô PW4084D khi caát caùnh – phuï luïcPALT MACH TRA WF EPR EGT N1 N2

0 0.175 78.6 27088 1.384 556.3 92.6 92.9

PAMB P2 P2.5 PB P5 T2.5 T314.71

715.00

752.19

1494.2

320.85

7164.

3584.

6

PALT – cao ñoä (ft)MACH – soá MachTRA – vò trí tay ga (ñoä)WF – löu löôïng nhieân lieäu tieâu thuï (lb/hr)EPR – tyû soá aùp suaát cuûa ñoäng côEGT – nhieät ñoä khí thoaùt (0C)N1, N2 – soá voøng quay cuûa truïc thaáp aùp, truïc cao aùp (%)PAMB, PB – aùp suaát moâi tröôøng, aùp suaát buoàng ñoát (psi)


Tính toaùn cho ñieàu kieän bay caát caùnh nhö treânCao ñoä bay: h = 0 mSoá Mach bay: Vò trí tay ga: Caùc thoâng soá töø ñieàu kieän bay

K, Pa, m/s, m/s, , ,

Öôùc ñoaùn caùc giaù trò nhieät ñoä döøng sau buoàng ñoát öùng vôùi vò trí tay ga 78.60, qua caùc böôùc giaûi laëp, keát quaû tính toaùn cho ôû baûng sau:

Cheá ñoä K K K6.7506 6.9552 7.15970.0212 0.0220 0.02271.0190 1.0197 1.01950.8291 0.8563 0.8880

(K) 293.7 293.9 293.8 (m/s) 282.3 291.5 302.3

1 1 12.8504 2.8855 2.91201.1290 1.2176 1.3210

(K) 821.5 831.6 839.2 (m/s) 384.4 414.7 449.8

EPR 1.3492 1.4085 1.4746

(N/(kg/s))222.7 232.0 242.8

(N/(kg/s))

236.9 260.4 288.0

(N/(kg/s)) 224.4 235.6 248.61.0636 1.1228 1.1862

(%) 87.0 86.0 84.9 (%) 13.0 14.0 15.1

SFC ((mg/s)/N) 11.61 11.78 11.92 (%) 35.9 36.7 37.8 (%) 33.3 32.1 30.8 (%) 11.9 11.8 11.6

N1 (%) 90.9 93.9 97.0


N2 (%) 96.2 97.5 98.71.0710 1.0511 1.0274

(kg/s) 1317.8 1293.3 1264.2 (kg/s) 161.9 163.4 164.9 (kg/s) 1155.9 1129.9 1099.3 (kg/s) 3.43 3.59 3.75

(N) 295770 304650 314340 (%) 76.6 78.9 81.4

Döôùi ñaây laø keát quaû tính laëp cho tröôøng hôïp K, keát quaû naøy khaù phuø hôïp vôùi caùc thoâng soá thu thaäp töø maùy bay.

i1 1.86

487.5000

1.7000

1.6662 0.8861 1.5576 1.5576 0.8419

2 1.8323

7.0760

1.7000

1.7022 0.9059 1.5013 1.5013 0.8043

3 1.8477

7.2751

1.6340

1.6361 0.8690 1.4155 1.4155 0.7412

4 1.8524

7.3356

1.6153

1.6174 0.8581 1.4304 1.4304 0.7527

5 1.8554

7.3753

1.6034

1.6054 0.8510 1.4304 1.4067 0.7342

6 1.8559

7.3814

1.6016

1.6036 0.8499 1.4178 1.4178 0.7429

7 1.8566

7.3911

1.5987

1.6008 0.8482 1.4076 1.4076 0.7349

8 1.8565

7.3898

1.5991

1.6011 0.8484 1.4140 1.4140 0.7400

9 1.8567

7.3930

1.5982

1.6002 0.8478 1.4090 1.4090 0.7360

10

1.8566

7.3930

1.5986

1.6006 0.8481 1.4125 1.4125 0.7388


11

1.8567

7.3930

1.5982

1.6002 0.8478 1.4099 1.4099 0.7367

12

1.8567

7.3921

1.5984

1.6004 0.8480 1.4118 1.4118 0.7382

i1 6.400

01.181

91.603

04.560

00.109

80.626

92 6.597

01.167

31.554

84.126

60.111

30.628

63 6.805

21.163

21.540

94.007

50.114

90.632

64 6.863

51.160

51.531

93.931

90.114

50.632

25 6.900

71.160

01.530

63.920

50.115

60.633

56 6.906

31.159

41.528

43.902

70.115

20.633

07 6.915

11.159

51.528

73.905

00.115

70.633

58 6.913

91.159

31.528

03.899

10.115

40.633

29 6.916

81.159

41.528

33.901

60.115

60.633

410

6.9156

1.1593

1.5280

3.8991

0.1155

0.6333

11

6.9168

1.1593

1.5282

3.9007

0.1156

0.6334

12

6.9160

1.1593

1.5280

3.8994

0.1155

0.6333


Söï thay ñoåi nhieät ñoä döøng vaø aùp suaát döøng qua phaàn loõi vaø phaàn fan cuûa ñoäng cô cho ôû caùc baûng vaø bieåu ñoà sau:

0K 290.0

290.0

443.1

822.6

1700 1427.6

904.1

904.1

336.1

336.1

0C16.8

16.80

169.9

549.4

1426.8

1154.4

630.9

630.9 62.9 62.9

KPa

103.51

102.48

399.61

2953.90

2806.20

1249.80

144.34

142.90

psi 15.012

14.863

57.956

428.410

406.990

181.260

20.934

20.725

KPa 103.51

102.48

163.80

162.16

psi 15.012

14.863

23.756

23.518



Hình 4.4: Bieåu ñoà nhieät ñoä – entropy cuûa doøng khí qua fanMoät caùch gaàn ñuùng ta so saùnh giaù trò nhieät ñoä döøng,

aùp suaát döøng tính toaùn ñöôïc vôùi caùc thoâng soá tónh ghi nhaän ñöôïc töø ñoäng cô, nhaän thaáy raèng caùc thoâng soá tính toaùn ñöôïc laø khaù phuø hôïp.


Thoâng soá

WF EPR EGT T2.5 T3

Ghi nhaän

27088 1.384 556.3 164.3 584.6

Tính toaùn

28492 1.4085

558.4 169.9 549.4

Thoâng soá

P2 P2.5 P5

Ghi nhaän

15.007

52.191

20.857

Tính toaùn

14.863

57.956

20.934

Nhö vaäy, khi caát caùnh ôû cao ñoä maët bieån, ñaït soá Mach 0.175, nhieät ñoä döøng sau buoàng ñoát khoaûng 1700 K, ñoäng cô PW4084D taïo ra:

Löïc ñaåy khoaûng 80% löïc ñaåy toái ña, töùc laø khoaûng 305000 N

Möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng khoaûng 11.8 (mg/s)/N Hieäu suaát nhieät 36.7%, hieäu suaát ñaåy 32.1%, vaø hieäu

suaát toaøn theå laø 11.8% Löïc ñaåy do fan taïo ra khoaûng 84%, löïc ñaåy do core taïo ra

khoaûng 14%

4.2.2. Cheá ñoä bay baèngCaùc thoâng soá ghi nhaân töø ñoäng cô PW4084D khi bay

baèng – phuï luïc

PALT MACH TRA WF EPR EGT N1 N233999 .838 57.2 8177 1.170 391.7 85.2 85.8

PAMB P2 P2.5 PB P5 T2.5 T33.531 5.772 20.45

4183.0

96.78

5107.

5487.

6


Tính toaùn cho ñieàu kieän bay baèng nhö treânh = 10363 m (34000 ft – ISA), , Caùc thoâng soá töø ñieàu kieän bay:

K, Pa, m/s, m/s, , ,

Öôùc ñoaùn caùc giaù trò nhieät ñoä döøng sau buoàng ñoát öùng vôùi vò trí tay ga 57.20, qua caùc böôùc giaûi laëp, keát quaû tính toaùn cho ôû baûng sau:

Cheá ñoä K K K K7.4748 7.7418 7.8753 8.00880.0176 0.0184 0.0187 0.01911.0175 1.0191 1.0199 1.02071.2185 1.2401 1.2510 1.2621

(K) 224.7 225.0 225.2 225.4 (m/s) 363.2 369.6 372.8 376.1

0.9781 0.9014 0.8654 0.83092.8615 2.9637 3.0148 3.06591.6426 1.6716 1.6860 1.7002

(K) 631.9 654.5 665.8 677.1 (m/s) 489.5 498.2 502.5 506.7

EPR 1.1959 1.3060 1.3651 1.4271

(N/(kg/s))113.4 119.8 123.1 126.4

(N/(kg/s))

132.3 161.6 175.9 189.9

(N/(kg/s)) 115.7 125.2 130.0 134.91.1662 1.3489 1.4290 1.5024

(%) 85.9 83.3 82.2 81.1 (%) 14.1 16.7 17.8 18.9

SFC ((mg/s)/N) 18.81 18.91 18.98 19.05 (%) 40.6 39.9 39.5 39.2 (%) 76.1 77.0 77.4 77.8 (%) 30.9 30.7 30.6 30.5

N1 (%) 85.6 88.6 90.0 91.5N2 (%) 89.0 90.4 91.1 91.8

0.3223 0.3121 0.3071 0.3023


(kg/s) 396.5 384.0 377.9 372.0 (kg/s) 49.1 49.5 49.8 50.0 (kg/s) 347.5 334.4 328.1 322.0 (kg/s) 0.86 0.91 0.93 0.96

(N) 45898 48081 49147 50198 (%) 11.9 12.5 12.7 13.0

Keát quaû tính laëp cho tröôøng hôïp K, keát quaû naøy khaù phuø hôïp vôùi caùc thoâng soá thu thaäp töø maùy bay.

i1 1.8648 7.5000 1.7000 1.6662 0.8861 1.5576 1.5576 0.84192 1.8317 7.0692 1.7000 2.6393 1.2640 2.3255 1.8445 13 1.8422 7.2038 1.6545 2.5687 1.2437 2.1623 1.8445 14 1.8448 7.2374 1.6437 2.5519 1.2388 2.1313 1.8445 1

i1 6.400

01.181

91.603

04.560

00.109

80.626

92 6.323

21.171

91.569

94.259

50.107

30.623

93 6.538

61.169

51.561

94.189

00.107

00.623

64 6.591

81.168

71.559

44.166

60.107

00.623

5

Söï thay ñoåi nhieät ñoä döøng vaø aùp suaát döøng qua phaàn loõi vaø phaàn fan cuûa ñoäng cô cho ôû caùc baûng vaø bieåu ñoà sau:

0K 251.9

251.9

392.7

724.5

1475.0

1238.6

772.3

772.3

294.4

294.4

0C - - 119. 451. 1201 965.4 499. 499. 21.2 21.2


21.3 21.3 5 3 .8 1 1

KPa

39.63 39.24 163.48

1183.20

1124.00

500.60

53.56

53.03

psi 5.748 5.691 23.71 171.6 163.02 72.603

7.768

7.691

KPa 39.63

39.24

64.49

63.85

psi 5.748

5.691

9.353

9.260

Öôùc ñoaùn: , , , , (m/s)

249.8

124.9

124.9

93.7 694.4

636.4

274.7

502.5

249.8

124.9

124.9

372.8

0.8380

0.3985

0.3173

0.1740

1 1 0.5028

1

0.8380

0.3985

0.3678

1.2388

0K 220. 244. 385. 720. 1271 1067 742. 665.


8 1 0 2 .6 .8 3 80C -52.4 -29.1 111.

8447.

0998.

4794.

6469.

1392.

6

0K 220.8

244.1

286.6

225.2

0C 220.8

244.1

13.4 -48

KPa 25.02

35.17

152.46

1158.40

609.37

271.40

45.48

28.91

psi 3.629

5.101

22.112

168.01

88.379

39.362

6.596

4.193


KPa 25.02 35.17

58.739

25.02

psi 3.629 5.101

8.519 3.629



Thoâng soá

WF EPR EGT T2.5 T3

Ghi nhaän

8177 1.170 391.7 107.5 487.6

Tính toaùn

7380 1.3651

392.6 111.8 447.0

Thoâng soá

P2 P2.5 PB P5

Ghi nhaän

5.772 20.454

183.09

6.785

Tính toaùn

5.101 22.112

168.01

6.596

Nhö vaäy, khi bay baèng ôû cao ñoä khoaûng 10500 m, ñaït soá Mach 0.84, nhieät ñoä döøng sau buoàng ñoát khoaûng 1500 K, ñoäng cô PW4084D taïo ra:

Löïc ñaåy khoaûng 13% löïc ñaåy toái ña, töùc laø khoaûng 50000 N

Möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng khoaûng 19.0 (mg/s)/N


Hieäu suaát nhieät ñaït 40%, hieäu suaát ñaåy ñaït 75%, hieäu suaát toaøn theå laø 30%

Löïc ñaåy do fan taïo ra chieám khoaûng 82%, löïc ñaåy do core taïo ra chieám khoaûng 18%

Tham khaûo thoâng soá cuûa caùc ñoäng cô khaùc ôû caùc baûng döôùi ñaây:

Ñoäng cô CFM56 cuûa haõng Snecma

CFM562C1

2A2-2A3 2B1 3B1 3B2 3C1

F/d (in) 68.3 68.3 68.3 60 60 60Takeoff condition (sea level)Max.TO (lb) 22000 24000 22000 20000 22000 23500Airflow (lb/s)

788 817 784638-655 683

638-710

Bypass ratio 6 5.9 6 6 5.9 6In-flight performance (35000 ft, M = 0.80, ISA)Max. climb (lb) 5400 5760 5450 4860 5260 5540OPR 31.3 31.8 30.5 27.5 28.8 30.6Max. cruise (lb) 4650 5040 5370 4650 5040 5370Cruise SFC ((lb/hr)/lbf) 0.671 0.657 0.648 0.671 0.657 0.648

Ñoäng cô Trent cuûa haõng Rolls-Royce (SLS, ISA)

Trent 500 700 800 900 1000F/d (in) 97.4 97.4 110 116 152Thrust (lb) 54500 7100

08480

07325

06150

0BPR 7.5 5.0 6.0 8.6 11Airflow (lb/s)

1939 2030 2490 2700 2750

Ñoäng cô GE90–115B cuûa haõng GE (Cruise – M = 0.84, 35000 ft) (ñöôïc söû duïng cho caùc maùy bay B777-200LR, B777-300ER)


Hoaït ñoäng

Idle Landing Cruise Climb Take-off

Thrust (lb)

3080 8350 11000 22263 117225

N1 (RPM)

526 746 2069 2397 2552

N2 (RPM)

6610 7698 9653 10108 10850

EGT (0C) 466 459 696 809 1026

Hình 4.7: Löïc ñaåy vaø möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng cuûa caùc theá heä ñoäng cô

Lyù thuyeát tính toaùn nhieät ñoäng löïc hoïc cho ñoäng cô coù nhieàu giaû thieát ñöôïc ñaët ra nhaèm laøm ñôn giaûn caùc tính toaùn (nhö boû qua aûnh höôûng cuûa vieäc laøm maùt, caùc maát maùt do truyeàn nhieät,…). Vaø trong caùc tính toaùn naøy, nhieàu thoâng soá khaùc cuõng ñöôïc öôùc ñoaùn (nhö hieäu suaát ñaúng entropy, tyû leä coâng suaát trích ra ñeå quay caùc heä thoáng phuï, tyû leä trích khí,…). Tuy nhieân ôû möùc ñoä khaùi quaùt cao thì caùc keát quaû tính


toaùn phaûn aùnh ñöôïc baûn chaát caùc vaán ñeà cuûa ñoäng cô. Khoâng mong chôø keát quaû tính toaùn gioáng vôùi thöïc teá, hay coá yù tính cho gioáng vôùi thöïc teá, muïc ñích laø tìm ra ñöôïc tính hôïp lyù cuûa vaán ñeà ñang xem xeùt.

Nhöõng keát quaû khaù chi tieát nhö nhieät ñoä, aùp suaát, soá voøng quay, tyû soá neùn cuûa ñoäng cô,… tuy khoâng gioáng vôùi nhöõng döõ lieäu ghi nhaän ñöôïc töø thöïc teá nhöng xu höôùng bieán ñoåi cuûa chuùng laø hoaøn toaøn phuø hôïp.

Veà löïc ñaåy ñöôïc taïo ra, tyû leä giöõa löïc ñaåy khi caát caùnh vaø löïc ñaåy khi bay baèng laø khoaûng 6 laàn, tyû leä naøy laø khaù phuø hôïp so caùc ñoäng cô khaùc.

Möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng ôû caùc ñoäng cô turbofan hieän nay khi caát caùnh laø khoaûng 0.30 – 0.40 (lb/hr)/lbf (8.5 – 11.5 (mg/s)/N)), khi bay baèng laø khoaûng 0.60 – 0.70 (lb/hr)/lbf (17.0 – 20.0 (mg/s)/N)). Caùc keát quaû tính toaùn ñöôïc laø töông ñoái phuø hôïp.

Löu löôïng nhieân lieäu vaøo ñoäng cô laø moät thoâng soá ñaùng tin caäy (ño thöïc teá), töø thoâng soá naøy ta ñaùnh giaù ñöôïc löu löôïng doøng khí vaøo ñoäng cô vaø löïc ñaåy taïo ra. Keát quaû tính toaùn löu löôïng doøng nhieân lieäu khaù phuø hôïp vôùi giaù trò ghi nhaän ñöôïc.

Khi bay baèng, hieäu suaát nhieät khoaûng 40%, hieäu suaát ñaåy khoaûng 75%, hieäu suaát toaøn theå khoaûng 30%. Caùc thoâng soá naøy laø phuø hôïp vôùi caùc ñoäng cô turbofan hieän nay.

Nhìn chung, ñoäng cô PW4084D hoaït ñoäng ôû ñieàu kieän bay baèng (M = 0.84, cao ñoä 34000 ft 10500 m) thì caùc ñaëc tính cuûa ñoäng cô nhö sau:

Löïc ñaåy F (N) 50000SFC ((mg/s)/N) 19.0Hieäu suaát nhieät (%) 40Hieäu suaát ñaåy (%) 75


Hieäu suaát toaøn theå (%)

30

Chöông 6VAÁN ÑEÀ ÑIEÀU KHIEÅN VAØ GIAÙM SAÙT CHIEÀU

HÖÔÙNG THAY ÑOÅI TRAÏNG THAÙI

Döïa vaøo cô sôû lyù thuyeát nhieät ñoäng löïc hoïc ñoäng cô turbofan ñeå xaây döïng heä thoáng ñieàu khieån. Heä thoáng ñieàu khieån coù chöùc naêng quan troïng nhaát laø ñieàu khieån vieäc taïo moät löïc ñaåy theo yeâu caàu ôû moät cheá ñoä bay nhaát ñònh. Ngoaøi ra, heä thoáng ñieàu khieån coøn bao goàm caùc cô cheá ñieàu khieån ñeå ñoäng cô hoaït ñoäng moät caùch toái öu cuõng nhö giaùm saùt tình traïng ñoäng cô.6.1. Vaán ñeà ñieàu khieån ñoäng cô turbofan6.1.1. Caùc nguyeân taéc cô baûn

Vieäc ñieàu khieån ñoäng cô döïa treân quan heä giöõa caùc thoâng soá:

Ñieàu kieän bay: cao ñoä bay (P0, T0), soá Mach bay M0, vò trí tay ga (thrust lever angle – TLA) hay löu löôïng nhieân lieäu vaøo ñoäng cô

Soá voøng quay cuûa truïc thaáp aùp vaø truïc cao aùp: N1, N2 Löïc ñaåy taïo ra F


Hình 6.1: Quan heä giöõa vò trí tay ga – löu löôïng nhieân lieäu – N2Vò trí tay ga ñieàu khieån löôïng nhieân lieäu vaøo ñoäng cô vaø

laøm thay ñoåi soá voøng quay cuûa truïc cao aùp.Giaû xöû ôû moät ñieàu kieän moâi tröôøng nhaát ñònh (P0, T0), khi

thay ñoåi vò trí tay ga coù nghóa laø thay ñoåi löôïng nhieân lieäu ñi vaøo ñoäng cô thì taùc ñoäng cuûa söï thay ñoåi naøy tröôùc heát laø laøm thay ñoåi soá voøng quay cuûa truïc cao aùp N2.

Hình 6.2: Quan heä N1 – N2 Hình 6.3: Quan heä F – N1


Söï thay ñoåi soá voøng quay cuûa truïc cao aùp N2 daãn ñeán söï thay ñoåi soá voøng quay cuûa truïc thaáp aùp N1 bôûi caân baèng veà maët khí-nhieät ñoäng giöõa truïc thaáp aùp vaø truïc cao aùp. Söï thay ñoåi löïc ñaåy chuû yeáu do söï thay ñoåi soá voøng quay cuûa truïc thaáp aùp N1.

Hình 6.4: Quan heä giöõ vò trí tay ga vaø soá voøng quay N1

6.1.2. Heä thoáng ñieàu khieån hoaøn chænhNgoaøi vieäc xem xeùt caùc thoâng soá chuû yeáu nhö treân,

moät heä thoáng ñieàu khieån hoaøn chænh bao goàm caû moät heä thoáng caùc thieát bò giaùm saùt vaø ñieàu khieån raát nhieàu thoâng soá khaùc cuûa ñoäng cô ôû caùc cheá ñoä hoaït ñoäng khaùc nhau.

a. Caùc giôùi haïn hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô- Giôùi haïn soá voøng quay toái ña cuûa truïc thaáp aùp vaø truïc

cao aùp N1, N2- Giôùi haïn aùp suaát khí sau maùy neùn- Giôùi haïn löu löôïng nhieân lieäu- Giôùi haïn nhieät ñoä turbineb. Ñieàu khieån hoaït ñoäng vaø oån ñònh ñoäng cô- VSV (variable stator vane – laù tónh coù theå ñieàu chænh ñöôïc):

ñeå ñieàu khieån hoaït ñoäng vaø oån ñònh maùy neùn cao aùp =


f(N2)- VBV (variable bleed valve – van trích khí coù theå ñieàu chænh

ñöôïc): ñeå ñieàu khieån hoaït ñoäng vaø oån ñònh maùy neùn thaáp aùp, cao aùp = f(N1, N2)

- RACC (rotor active clearance control): ñieàu khieån vieäc laøm maùt ñeå toái öu khoaûng daõn caùch laù rotor maùy neùn cao aùp = f(P0, M0, T3, N2)

- HPTCC (HP turbine clearance control): ñieàu khieån vieäc laøm maùt ñeå toái öu khoaûng daõn caùch laù tónh HP turbine = f(T3, T4, N2)

- LPTCC (LP turbine clearance control): ñieàu khieån vieäc laøm maùt ñeå toái öu khoaûng daõn caùch laù tónh LP turbine = f(P0, T2, N1, EGT)

- BSV (burner staging valve): ñieàu khieån hieäu suaát vaø oån ñònh cuûa buoàng ñoát ôû cheá ñoä coâng suaát thaáp = f(T3, WF)

- Coù caùc keá hoaïch taêng toác vaø giaûm toác: choáng hieän töôïng surge vaø flameout (löôõi löûa phía sau ñoäng cô) ôû caùc cheá ñoä chuyeån ñoåi.

c. Caùc chöùc naêng khaùc- Khôûi ñoäng ñoäng cô- Xaùc laäp ñoäng cô ôû cheá ñoä tay ga ñoùng- Xaùc laäp ñoäng cô ôû cheá ñoä taïo löïc ñaåy ngöôïc- Giaùm saùt tình traïng ñoäng cô cho muïc ñích baûo döôõng- Caûnh baùo caùc hoûng hoùc

6.1.3. FADEC Ngaøy nay, nhôø vaøo caùc tieán boä cuûa kyõ thuaät ñieän töû –

tin hoïc maø vieäc ñieàu khieån ñoäng cô ñöôïc töï ñoäng hoaøn toaøn. Ña soá caùc maùy bay phaûn löïc lôùn söû duïng heä thoáng ñieàu khieån FADEC – Full Authority Digital Engine Control.


FADEC ñieàu khieån ñoäng cô trong suoát chuyeán bay vaø trong moïi ñieàu kieän hoaït ñoäng. FADEC coù caùc ñaëc ñieåm nhö sau:

- Söû duïng “boä ñieàu khieån ñieän töû” kyõ thuaät soá hai keânh (dual channel digital Electronic Control Unit - ECU) cho taát caû caùc tính toaùn ñieàu khieån.

- Hydromechanical Unit (HMU) chuyeån caùc hieäu leänh ñieän töû töø ECU sang caùc tín hieäu thuûy löïc-cô khí.

- Caùc thieát bò nhö van, cô caáu daãn ñoäng vaø caûm bieán thöïc hieän caùc leänh töø ECU vaø cung caáp caùc thoâng tin hoài tieáp.

- Giao tieáp vôùi caùc heä thoáng cuûa maùy bay ñeå xaùc laäp moät cheá ñoä hoaït ñoäng ñöôïc tích hôïp hoaøn toaøn cho caû ñoäng cô vaø maùy bay.

Hình 6.5: Sô ñoà khoái hoaït ñoäng cuûa FADEC

Electronic Control Unit (ECU)

Hydromechanical Unit (HMU)

Sensors Valves and switches

Hydraulic actuators and

valves

Chöông 6: Vaán Ñeà Ñieàu Khieån Vaø Giaùm Saùt Chieàu Höôùng Thay Ñoåi Traïng Thaùi

Logic ñieàu khieån cuûa FADEC:

Hình 6.6: Logic ñieàu khieån cuûa FADECÑaët giaù trò N1 baèng P0, T0, +M0 vaø TLA (PMC seõ tính ra N1)

ñeå choïn löïc ñaåy F, ECU seõ so saùnh N1 thöïc vôùi N1 ñaõ ñaët vaø tìm ra ñoä sai khaùc ñoù. FCR cuûa ECU seõ tính toaùn ñoä hieäu chænh löu löôïng nhieân lieäu döïa treân söï sai khaùc ñoù vaø truyeàn tín hieäu naøy ñeán FMV cuûa HMU ñeå thay ñoåi löu löôïng nhieân lieäu.

Sô ñoà toång quaùt hình 5.7 cho thaáy, ngoaøi chöùc naêng quan troïng nhaát laø ñieàu khieån löu löôïng nhieân lieäu ñeå taïo ra löïc ñaåy caàn thieát, heä thoáng ñieàu khieån FADEC coøn ñieàu khieån cuõng nhö quan saùt nhieàu thoâng soá khaùc trong moïi cheá ñoä hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô.

120


VBV

VSV

RACC

Fuel

HPTC

CLP

TCC

Ignitio

n

HMU

Starte

r & st

arter

air va

lveRe

verse

r

POT1

2N1

N2T2

.5To

ilPs

12Ps

3Tc

ase

T3T4

.95

T5P2

.5Ps

13Tf

uel

Fuel

flow

Contr

ol sig

nals Fe

edba

ck

ECU

BSV

Alter

nator

P0, T

0

TLA

Mon

itorin

g sign

alsOp

tiona

l

Vibra

tion

M0

EGT

ARIN

C da

ta bu

ses

Hình

5.7.

Sô ño

à hoaït

ñoäng

cuûa F

ADEC

121


6.2. Giaùm saùt chieàu höôùng thay ñoåi traïng thaùi ñoäng cô PW4084D

Baûo döôõng ñoäng cô laø caùc coâng vieäc caàn thieát ñeå duy trì ñoäng cô vaø caùc heä thoáng cuûa noù ôû ñieàu kieän khaû phi khi ñoäng cô coøn ñöôïc gaén treân maùy bay (on-wing maintenance) vaø ñeå ñöa ñoäng cô vaø caùc heä thoáng cuûa noù trôû veà ñieàu kieän khaû phi khi ñoäng cô ñöôïc thaùo rôøi khoûi maùy bay ñeå ñaïi tu (overhaul/shop maintenance).

Veà khí caïnh kinh teá, muïc tieâu cuûa vieäc baûo döôõng ñoäng cô laø coá gaéng toái ña khoaûng thôøi gian ñoäng cô ñöôïc gaén treân maùy bay. Thôøi gian toái ña maø ñoäng cô coù theå coøn ñöôïc gaén treân maùy bay ñöôïc quy ñònh bôûi nhaø cheá taïo vaø nhaø chöùc traùch haøng khoâng, thôøi gian naøy ñöôïc xem laø thôøi gian giöõa hai laàn ñaïi tu.

Ñeå keùo daøi khoaûng thôøi gian giöõa hai laàn ñaïi tu, vaø traùnh tình traïng chæ coù moät vaøi boä phaän naøo ñoù trong ñoäng cô ñeán thôøi haïn phaûi thay theá hoaëc bò hoûng hoùc maø phaûi thaùo caû ñoäng cô khoûi maùy bay, caùc nhaø cheá taïo thieát keá ñoäng cô theo töøng module rieâng reõ ñeå deã daøng thaùo laép vaø thay theá, ñoàng thôøi thieát laäp moät heä thoáng giaùm saùt chieàu höôùng thay ñoåi traïng thaùi ñoäng cô, kòp thôøi ñöa ra caùc caûnh baùo veà tình traïng ñoäng cô vaø höôùng daãn kyõ thuaät ñeå xöû lyù.

Phöông phaùp chung cuûa vieäc giaùm saùt chieàu höôùng thay ñoåi traïng thaùi ñoäng cô theå hieän ôû sô ñoà beân döôùi.

Nhö ñaõ trình baøy ôû phaàn ñieàu khieån ñoäng cô, vieäc ghi nhaän caùc thoâng soá cuûa ñoäng cô do heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô thöïc hieän. Vôùi kyõ thuaät ñieän töû – tin hoïc phaùt trieån

122

Ghi nhaän thoâng tin töø ñoäng cô trong quaù trình hoaït ñoäng

Xöû lyù thoâng tin

Ñöa ra caûnh baùo vaø höôùng daãn kyõ thuaät


nhö ngaøy nay, caùc thoâng soá ghi nhaän ñöôïc coù ñoä tin caäy ngaøy caøng cao.

Xöû lyù thoâng tin laø coâng vieäc mang tính chuyeân moân cao, ñoøi hoûi kieán thöùc veà ñoäng cô ôû nhieàu khía caïnh: cô, nhieät, ñieän-ñieän töû,… Nhaø cheá taïo seõ cung caáp caùc thoâng tin veà ñoäng cô, caùc döï baùo cho nhieàu tình huoáng veà tình traïng ñoäng cô vaø caùc höôùng daãn kyõ thuaät töông öùng. Tuy nhieân, ñeå laøm coâng vieäc baûo döôõng ôû möùc ñoä cao thì ngöôøi laøm coâng taùc baûo döôõng phaûi hieåu ñöôïc baûn chaát vaät lyù caùc vaán ñeà veà ñoäng cô.

Nguyeân taéc chung cuûa vieäc giaùm saùt chieàu höôùng thay ñoåi traïng thaùi ñoäng cô laø nhö nhau, tuøy loaïi ñoäng cô maø vieäc ghi nhaän vaø xöû lyù thoâng tin coù khaùc nhau ñoâi chuùt, nhöng caùc thoâng tin quan troïng veà ñoäng cô thì luùc naøo cuõng ñöôïc xem xeùt.

6.2.1. Ghi nhaän thoâng tin ñoäng cô PW4084D trong quaù trình bay

Thoâng tin veà traïng thaùi cuûa ñoäng cô ñöôïc thu thaäp theo töøng töøng chuyeán bay ôû caùc cheá ñoä bay khaùc nhau (xem phuï luïc). Quaù trình thu thaäp döõ lieäu ñöôïc thöïc hieän töï ñoäng baèng maùy tính treân maùy bay vaø ñöôïc phaùt soùng tröïc tieáp xuoáng traïm maët ñaát, traïm maët ñaát seõ chuyeån döõ lieäu naøy ñeán maïng SITA cuûa trung taâm baûo döôõng döôùi daïng caùc tín hieäu ñieän töû.

Caùc thoâng soá chuû yeáu ghi nhaän ñöôïc laø: Thoâng soá cuûa maùy bay:

- Soá hieäu maùy bay, soá hieäu chuyeán bay, ngaøy, giôø- Troïng löôïng maùy bay- Cao ñoä (PALT)- Nhieät ñoä döøng cuûa khoâng khí (TAT)- Toác ñoä khoâng khí chæ thò (CAS)

123


- Soá Mach Thoâng soá cuûa töøng ñoäng cô rieâng reõ:

- Soá hieäu ñoäng cô- Tæ soá aùp suaát ñoäng cô (EPR)- Toác ñoä voøng quay truïc thaáp aùp (N1)- Toác ñoä voøng quay truïc cao aùp (N2)- Nhieät ñoä khí thoaùt (EGT)- Löu löôïng nhieân lieäu (WF)- Vò trí cuûa caàn ga (TRA)- Nhieät ñoä daàu nhôøn (OILT)- AÙp suaát daàu nhôøn (OILP)- AÙp suaát moâi tröôøng (PAMB)- AÙp suaát tröôùc fan (P2)- AÙp suaát tröôùc maùy neùn cao aùp (P2.5)- AÙp suaát buoàng ñoát (PB)- AÙp suaát sau turbine (P5)- Nhieät ñoä tröôùc maùy neùn cao aùp (T2.5)- Nhieät ñoä sau maùy neùn cao aùp (T3)- Ñoä rung cuûa truïc cao aùp (N1VIB)- Ñoäï rung cuûa truïc thaáp aùp (N2VIB)

Caùc thoâng soá laáy töø maùy bay vaø ñoäng cô:- Coù trích khí hay khoâng- Heä thoáng choáng ñoùng baêng baät hay taét

6.2.2. Xöû lyù thoâng tinNhaø saûn xuaát P&W cung caáp phaàn meàm EHM (engine health

monitoring) ñeå xöû lyù caùc thoâng tin veà tình traïng ñoäng cô. Döïa vaøo keát quaû xöû lyù coù theå suy ñoaùn nguyeân nhaân daãn ñeán söï thay ñoåi vaø caùc daïng hoûng hoùc töông öùng. Vaøi keát luaän ñöôïc ruùt ra nhö sau:

Boán thoâng soá EGT, WF, N2, N1 laø nhöõng thoâng soá cô baûn quan troïng nhaát trong quaù trình theo doõi caùc quaù trình nhieät ñoäng löïc hoïc cuûa ñoäng cô PW4084D.

124


Thöôøng thì khi moät thoâng soá ñoäng cô thay ñoåi thì seõ keùo theo caùc thoâng soá khaùc thay ñoåi. Neáu xaûy ra tröôøng hôïp chæ coù moät thoâng soá thay ñoåi thì nguyeân nhaân coù theå laø loãi do duïng cuï ño.

Hai thoâng soá thay ñoåi trong cuøng moät thôøi ñieåm thì nguyeân nhaân coù theå lieân quan ñeán ñoäng cô hoaëc caùc heä thoáng hieån thò. Trong tröôøng hôïp naøy, thoâng tin ngoaïi vi seõ raát quan troïng ñeå xaùc ñònh nguyeân nhaân khaû dó.

Neáu EGT vaø WF cuøng thay ñoåi, thì nguyeân nhaân seõ lieân quan ñeán ñoäng cô. Chuùng dòch chuyeån veà cuøng moät höôùng vôùi tyû leä xaáp xæ laø EGT thay ñoåi 100 C thì WF thay ñoåi 1%. Neáu hai thoâng soá treân khoâng thay ñoåi nhö vaäy thì nguyeân nhaân coù theå do heä thoáng chæ thò.

Ba thoâng soá thay ñoåi cuøng moät thôøi ñieåm thöôøng thì nguyeân nhaân seõ lieân quan ñeán ñoäng cô (90% khaû naêng lieân quan ñeán ñoäng cô).

Boán thoâng soá thay ñoåi cuøng moät thôøi ñieåm thì nguyeân nhaân lieân quan ñeán ñoäng cô nhöng tröôùc tieân phaûi kieåm tra EPR, TAT hoaëc söï roø ræ khí trích. Caùc vaán ñeà lieân quan ñeán EPR hoaëc TAT gaây ra söï thay ñoåi cuûa taát caû caùc thoâng soá theo cuøng moät höôùng.

Tuy nhieân, vieäc giaùm saùt vaø phaân tích chieàu höôùng thay ñoåi traïng thaùi cuûa ñoäng cô chæ laø laøm coâng vieäc “chuaån beänh”, khi coù nhöõng ñieàu baát thöôøng xaûy ra thì ta ñoaùn laø ñoäng cô coù “beänh naøy, beänh kia”, nhöng chaéc laø coù “beänh”. Muoán bieát cuï theå ñoäng cô ñang gaëp vaán ñeà gì, ta phaûi tieán haønh kieåm tra, noäi soi ñoäng cô.

125


126

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO1. Jack D. Mattingly, Elements of Gas Turbine Propulsion, McGraw-

Hill, USA, 1996.2. Nicholas Cumpsty, Jet Propulsion, Cambridge University Press,

First Edition, UK, 1997.3. Jeppesen, A&P Technician Powerplant Textbook, Jeppesen

Sanderson Inc., USA, 2002.4. Rolls-Royce, The Jet Engine.5. Snecma Group, Les Moteurs Aeùronautiques – Performances et

Aspect EÙconomiques, Confeùrence Snecma, Universiteù De Technologie De Ho Chi Minh Ville, 26 – 27 /02/2001.

6. Snecma Group, Les Moteurs Aeùronautiques – Conceptions – Exploitation – EÙconomie, Confeùrence Snecma, Universiteù De Technologie De Ho Chi Minh Ville, 28 – 29 /03/2002.

7. Nguyeãn Thieän Toáng, Haøng Khoâng Qua Moät Theá Kyû Phaùt Trieån, Nhaø xuaát baûn Treû, TP. HCM, 1999.

8. Boeing Commercial Airplane Group, Boeing 777 – Aircraft Maintenance Manual, Xí Nghieäp Baûo Döôõng Maùy Bay A75, TP.HCM.

9. Pratt&Whitney, Facility Planning Manual For PW4000 Family, Xí Nghieäp Baûo Döôõng Maùy Bay A75, TP.HCM.

10. Pratt&Whitney, P&W Eagle Disc 4000 112”, Xí Nghieäp Baûo Döôõng Maùy Bay A75, TP.HCM.

PHUÏ LUÏC

Döõ lieäu ghi nhaän töø ñoäng cô PW4084D khi caát caùnh


E13 B777-200 TAKE-OFF REPORT 67

ACID FLT DPT DST DATE GMT FM TRGR SWIDVNVNA1 N782 YSSY VVTS 12/03/03 01:18:49 TR C 006-14

PALT TAT CAS MACH A/T GWT LMFT FLCT SFC0 25.3 116 .175 ENG 547680 17 66 10791

SER # CIC NAI WAI PKWD EFT HTCC LTCC TCA AOCL 222198 A OFF OFF 5030 62.7 0 0 ) 3.7R 222199 B OFF OFF 61.6 0 0 ) 2.3

EPR EPRTO EPRCM N1 EGT N2 WF WFRQ TRAL 1.384 1.434 1.384 92.6 556.3 92.9 27088 26697 78.6R 1.381 1.434 1.381 92.3 558.3 92.8 27149 26743 78.4

OILP OILT OILQ PAMB P2 P2.5 PB P5L 293.3 111.2 18.6 14.717 15.007 52.191 494.23 20.857R 286.2 109.1 17.2 14.717 14.994 52.320 490.56 20.747

T2.5 T3 SVA B2.5 N1VIB N2VIB T295SB T295SRL 164.3 584.6 82.3 -0.8 0.40 0.11 217.8 158.8R 163.9 581.9 82.3 -1.7 0.52 0.10 226.3 156.9

FMV FMVWF LOOP SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 CW2L 80.8 26804 7 3260 8000 000B 8204 FF88 11E0R 80.7 26716 7 3280 8000 000B 8404 FF88 10E0

NAC1 NAC2L 1 1R 1 0

EGT MARGIN:

NAI WAI PKWD SW5 PALT TAT CAS MACH SFCL OFF OFF 5030 FF88 1494 24.3 174 .270 10846R OFF OFF 5030 FF88 1456 24.3 174 .269 10845

EPR EGTN N1 EGT P2 P5 T295SB T295SRL 1.371 807.7 92.5 560.5 14.699 20.207 177.0 160.5R 1.371 808.7 92.4 561.5 14.707 20.195 172.3 139.8

FMV FMVWF LOOP T2 TCAT N2C25 PKFRL 79.5 25828 7 24 593 8057 66.8R 79.5 25902 7 23 593 8055 64.7Döõ lieäu ghi nhaän töø ñoäng cô PW4084D khi bay baèng

E24 B777-200 ENGINE STABLE REPORT 129


ACID FLT DPT DST DATE GMT FM TRGR SWIDVNVNA1 N782 YSSY VVTS 12/03/03 02:15:10 ER C 006-14

PALT TAT CAS MACH A/T GWT LMFT FLCT SFC QR33999 -13.9 293 .838 ENG 526480 10 66 14171 44.358


EPR EPRCM N1 EGT N2 WF WFRQ TRAL 1.170 1.170 85.2 391.7 85.8 8177 8176 57.2R 1.170 1.170 85.2 390.0 85.9 8208 8166 57.2


T2.5 T3 SVA B2.5 N1VA N2VA T295SB T295SRL 107.5 486.4 80.0 -0.9 0.41 0.12 123.2 194.2R 107.6 487.6 80.6 -1.8 0.27 0.00 100.9 177.2


NAC1 NAC2 N2C25 CW3 T2 TCAT PKFR AIRFRML 1 1 8025 1101 -14 538 154.8 1101R 1 1 8035 1101 -16 535 155.6

AMPF AMPR SW8L 1.0 0.7 0880R 1.0 0.8 0880

Döõ lieäu ghi nhaän töø ñoäng cô PW4084D khi bay baèng

E24 B777-200 ENGINE STABLE REPORT 130

ACID FLT DPT DST DATE GMT FM TRGR SWIDVNVNA1 N782 YSSY VVTS 12/03/03 02:59:15 ER C 006-14


PALT TAT CAS MACH A/T GWT LMFT FLCT SFC QR34000 -10.6 294 .841 ENG 514800 6 66 16815 4.939


EPR EPRCM N1 EGT N2 WF WFRQ TRAL 1.139 1.139 84.5 392.9 85.8 7884 7890 56.0R 1.139 1.139 84.5 390.0 85.9 7906 7923 56.0


T2.5 T3 SVA B2.5 N1VA N2VA T295SB T295SRL 108.6 487.0 79.5 -0.9 0.43 0.12 125.9 201.2R 108.9 488.2 80.0 -1.7 0.29 0.01 105.1 184.0


NAC1 NAC2 N2C25 CW3 T2 TCAT PKFR AIRFRML 1 1 8016 1101 -11 540 154.6 1101R 1 1 8025 1101 -12 536 155.0

AMPF AMPR SW8L 1.0 0.7 0880R 1.2 0.8 0880

MUÏC LUÏCCHÖÔNG 1. GIÔÙI THIEÄU........................................................................1CHÖÔNG 2. ÑOÄNG CÔ TURBOFAN – ÑOÄNG CÔ PW4084D.......3

2.1. Ñoäng cô turbofan.......................................................................................................32.1.1. Caùc boä phaän chính cuûa ñoäng cô turbofan.......................................52.1.2. Caùc thoâng soá hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô turbofan.......................16

2.2. Ñoäng cô PW4084D...................................................................................................18CHÖÔNG 3. CÔÛ SÔÛ LYÙ THUYEÁT TÍNH TOAÙN NHIEÄT ÑOÄNG LÖÏC HOÏC ÑOÄNG CÔ TURBOFAN..............................24

3.1. Lyù thuyeát cô baûn.................................................................................................243.1.1. Khí vaø phöông trình traïng thaùi................................................................243.1.2. Ñoäng löïc hoïc doøng oån ñònh moät chieàu........................................25

3.2. Phaân tích chu trình nhieät ñoäng löïc hoïc cuûa ñoäng cô turbofan....313.2.1. Phaân tích chu trình daïng thoâng soá......................................................323.2.2. Phaân tích hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô......................................................43

CHÖÔNG 4. TÍNH TOAÙN NHIEÄT ÑOÄNG LÖÏC HOÏC ÑOÄNG CÔ PW4084D............................................................................57

4.1. Phaân tích chu trình daïng thoâng soá..............................................................574.2. Phaân tích hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô..............................................................65

4.2.1. Cheá ñoä caát caùnh........................................................................................654.2.2. Cheá ñoä bay baèng.........................................................................................70

CHÖÔNG 5. VAÁN ÑEÀ ÑIEÀU KHIEÅN VAØ GIAÙM SAÙT CHIEÀU HÖÔÙNG THAY ÑOÅI TRAÏNG THAÙI......................................78

5.1. Vaán ñeà ñieàu khieån ñoäng cô turbofan.......................................................785.1.1. Caùc nguyeân taéc cô baûn...........................................................................785.1.2. Heä thoáng ñieàu khieån hoaøn chænh....................................................805.1.3. FADEC.....................................................................................................................81

5.2. Giaùm saùt chieàu höôùng thay ñoåi traïng thaùi ñoäng cô PW4084D845.2.1. Ghi nhaän thoâng tin cuûa ñoäng cô PW4084D trong quaù trình bay........................................................................................................................................855.2.2. Xöû lyù thoâng tin..............................................................................................86

CHÖÔNG 6. KEÁT LUAÄN......................................................88TAØI LIEÄU THAM KHAÛO.....................................................90PHUÏ LUÏC............................................................................91

ii

Documents

KHAÛO SAÙT – TÍNH TOAÙN NHIEÄT ÑOÄNG CÔ …thinguyen/My Web Sites/Aircraft_E… · Web view2009-01-19 · Ñoäng cô GE90–115B cuûa haõng GE (Cruise – M = 0